JP2017126691A - Liquid nitrogen container and superconductor magnetic sensing device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、液体窒素容器及び超電導体磁気センシング装置に関する。 The present disclosure relates to a liquid nitrogen container and a superconductor magnetic sensing device.
ジョセフソン接合をループにした構造のSQUID(Superconducting Quantum Interference Device:超伝導量子干渉素子)が、超高感度の磁気センサーとして使用されている。ジョセフソン接合は、2つの超伝導体をたとえば数ナノメータの薄い絶縁体または常伝導体のバリア層を介して弱く結合させた構成をいう。ジョセフソン接合により、超伝導電子対がバリア層をトンネリングして2つの超伝導体の間に超伝導電流が流れる。SQUIDに外部磁界が加えられると、その磁界に反応して超伝導電流が変化し、電圧変化がジョセフソン接合の両端に発生する。この電圧変化をキャンセルする回路を付加することで、SQUIDは、従来のセンサでは計測できない微弱な磁場を計測できる。医療、地磁気の観測等へのSQUIDの適用が期待されている。 A SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) having a structure with a Josephson junction as a loop is used as an ultrasensitive magnetic sensor. A Josephson junction refers to a configuration in which two superconductors are weakly coupled, for example, through a thin insulator or normal conductor barrier layer of several nanometers. Due to the Josephson junction, a superconducting electron pair tunnels through the barrier layer and a superconducting current flows between the two superconductors. When an external magnetic field is applied to the SQUID, the superconducting current changes in response to the magnetic field, and a voltage change occurs at both ends of the Josephson junction. By adding a circuit that cancels this voltage change, the SQUID can measure a weak magnetic field that cannot be measured by a conventional sensor. Application of SQUID to medical care, geomagnetic observation, etc. is expected.
ジョセフソン接合には、一般に金属系の超伝導体が用いられているが、酸化物系の超伝導体は液体窒素の沸点である77Kの高温で使用できることから、酸化物系の超伝導体を用いたジョセフソン接合の開発が進められている(たとえば、特許文献1及び2参照)。
A metal-based superconductor is generally used for the Josephson junction. However, since an oxide-based superconductor can be used at a high temperature of 77 K, which is the boiling point of liquid nitrogen, an oxide-based superconductor is used. Development of the used Josephson junction is underway (see, for example,
ところで、液体窒素はどのような液体窒素容器を用いても、必ず蒸発して液体窒素容器の外部へと出ていく。従って、液体窒素容器内には窒素ガスの気泡が発生する。従来の液体窒素容器では、かかる窒素ガスの気泡に起因した超伝導磁気センサの感度の悪化を低減することが難しい。 By the way, liquid nitrogen always evaporates and goes out of the liquid nitrogen container no matter what liquid nitrogen container is used. Accordingly, nitrogen gas bubbles are generated in the liquid nitrogen container. In the conventional liquid nitrogen container, it is difficult to reduce the deterioration of the sensitivity of the superconducting magnetic sensor due to such nitrogen gas bubbles.
そこで、1つの側面では、本発明は、窒素ガスの気泡に起因した超伝導磁気センサの感度の悪化を低減できる液体窒素容器及び超電導体磁気センシング装置の提供を目的とする。 Therefore, in one aspect, an object of the present invention is to provide a liquid nitrogen container and a superconductor magnetic sensing device that can reduce deterioration in sensitivity of a superconducting magnetic sensor due to nitrogen gas bubbles.
一局面によれば、液体窒素温度で動作する超伝導磁気センサ用の液体窒素容器において、
液体窒素が満たされる内部空間を備え、前記内部空間内に前記超伝導磁気センサがセットされる容器本体と、
前記内部空間における前記超伝導磁気センサの下方及び側方のうちの少なくともいずれか一方に延在する樹脂部材とを含む、液体窒素容器が提供される。
According to one aspect, in a liquid nitrogen container for a superconducting magnetic sensor operating at liquid nitrogen temperature,
A container body having an internal space filled with liquid nitrogen, the superconducting magnetic sensor being set in the internal space;
There is provided a liquid nitrogen container including a resin member extending to at least one of a lower side and a side of the superconducting magnetic sensor in the inner space.
窒素ガスの気泡に起因した超伝導磁気センサの感度の悪化を低減できる液体窒素容器及び超電導体磁気センシング装置が得られる。 A liquid nitrogen container and a superconductor magnetic sensing device that can reduce deterioration in sensitivity of the superconducting magnetic sensor due to nitrogen gas bubbles can be obtained.
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、実施形態の超伝導磁気センサ1の模式図である。超伝導磁気センサ1は、ジョセフソン接合15を用いたSQUID10と、ピックアップループ11と、インプットコイル12とを含む。
FIG. 1 is a schematic diagram of a superconducting
SQUID10は超伝導体で形成された回路である。ピックアップループ11及びインプットコイル12は、それぞれ、導体、良導体、超伝導体等で形成される。ピックアップループ11で捕捉(検出)された外部の磁場は、インプットコイル12により、SQUID10に入力される。SQUID10は、超伝導体のSQUIDループ13に形成されたジョセフソン接合15を有し、検出された磁場を電気信号に変換する。図中、ジョセフソン接合15の位置は、クロスマーク(×マーク)で示されている。この例では、SQUID10は2個のジョセフソン接合を有する。
SQUID 10 is a circuit formed of a superconductor. The
SQUID10に4つの電極パッド36〜39が接続されている。電極パッド36、38からSQUID10に所定のバイアス電流が印加された状態で、磁束がSQUIDループ13を貫くと、ジョセフソン接合15にこの磁束に対応した超伝導電流が流れ、SQUID10の両端に電圧が発生する。発生した電圧を電極パッド37、39から取り出すことで、磁場を測定することができる。SQUID10を用いた超伝導磁気センサ1は微小な磁界を高い感度で測定することができる。
Four
図2は、マグネトメータとしての超伝導磁気センサ1の構成例を示す上面図である。図2では、見易さを高めるために形式的に、ピックアップループ11及びSQUID10にハッチングが付されている。図2に例示される超伝導磁気センサ1は、単一コイルのピックアップループ11を用いたマグネトメータである。基板21上に、SQUID10が配置される。SQUID10は、SQUIDループ13となるワッシャ13Wと、ジョセフソン接合15が形成された超伝導パタン31とを含む。
FIG. 2 is a top view showing a configuration example of the superconducting
基板21は、この例ではMgO(酸化マグネシウム)、STO(チタン酸ストロンチウム)などの酸化物基板であるが、シリコン等の半導体基板を用いてもよい。ワッシャ13Wとジョセフソン接合15を含む超伝導パタン31は、たとえばYBa2Cu3O7(YBCO)や、Bi2Sr2Ca2Cu3O10(BSCCO)等の酸化物高温超伝導膜で形成される。
In this example, the
酸化物系の超伝導パタン31を用いる場合、ジョセフソン接合15のバリア層として、超伝導材料の界面に形成される結晶粒界を利用することができる。結晶粒界を生成する構成として、バイクリスタル構造、バイエピタキシャル構造、ステップエッジ構造、ランプエッジ構造などを用いることができる。
When the oxide-based
SQUID10の上方に、絶縁膜22を介してインプットコイル12が形成されている。また、絶縁膜22上に、インプットコイル12と共にピックアップループ11が形成されている。インプットコイル12とピックアップループ11は、YBCO等の酸化物高温超伝導薄膜で形成されている。基板21は、任意のサイズに設計可能であり、ピックアップループ11の径も適宜調整される。基板21は、ウェハ上に多数の超伝導磁気センサ1が形成された後に、所定のサイズに切り出されてもよい。
An
図3は、インプットコイル12とSQUIDループ13(ワッシャ13W)の位置関係の一例を示す図である。図2及び図3の例では、基板21の表面から垂直方向にみて、SQUIDループ13の上方にインプットコイル12が配置されている。もっとも、この配置例に限定されず、インプットコイル12を基板表面に配置し、SQUIDループ13をインプットコイル12の上方に配置してもよい。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the positional relationship between the
尚、図1乃至図3に示す例では、2個のジョセフソン接合15を用いる超伝導磁気センサ1について説明したが、1個のジョセフソン接合15を用いることもできる。単一のジョセフソン接合15を用いる場合は、たとえば、SQUID10の近傍にコイル(インダクタ)を配置して高周波を印加し、磁界共鳴によりジョセフソン接合15の両端に生じた電圧を取り出してもよい。
In the example shown in FIGS. 1 to 3, the superconducting
図4は、グラジオメータとしての超伝導磁気センサ2の構成例を示す上面図である。図4では、見易さを高めるために形式的に、ピックアップループ51にハッチングが付されている。
FIG. 4 is a top view showing a configuration example of the superconducting
グラジオメータとしての超伝導磁気センサ2は、互いに逆相に巻かれた同じサイズのピックアップコイル51a、51bを有する。ピックアップコイル51aと51bを合わせてピックアップループ51とする。ピックアップループ51では、2つのピックアップコイル51a、51bで検出される信号の差分を取り出すことで、外来の磁気ノイズをキャンセルしてターゲットの磁気信号だけを取り出す。たとえば、α波等の磁気信号を測定する際に、地磁気による影響を相殺して、ターゲットの磁気信号を取り出す。
Superconducting
図4の構成例では、基板21上に作製されたSQUID10と同じ平面にピックアップループ51が形成されており、超伝導磁気センサ2は平面型グラジオメーターである。超伝導磁気センサ2には、電流用と電圧用の4つの電極パッド36〜39の他に、モニタ用の電極パッド53、54が配置されている。電極パッド53と54の間に、フィードバックコイル56が配置される。
In the configuration example of FIG. 4, a
次に、上述した超伝導磁気センサ1及び超伝導磁気センサ2のいずれでも含むことができる超電導体磁気センシング装置について説明する。以下では、代表として、超伝導磁気センサ1を含む超電導体磁気センシング装置の実施例について説明するが、超伝導磁気センサ2を含む超電導体磁気センシング装置についても同様である。
Next, a superconductor magnetic sensing device that can include both the superconducting
[実施例1]
図5Aは、実施例1による超電導体磁気センシング装置100を模式的に示す図である。図5Bは、比較例による超電導体磁気センシング装置における液体窒素容器60’内の超伝導磁気センサ1の状態を模式的に示す図である。図5A及び図5Bは、液体窒素容器60の中心を通る鉛直面に沿った縦断面視を示す。
[Example 1]
FIG. 5A is a diagram schematically illustrating the superconductor
以下の説明において、上下方向は図5Aに示す方向に定義する。ここでは、上下方向の上側は、気泡が上昇する側である。上下方向は、典型的には、鉛直方向の上下方向に対応する。 In the following description, the vertical direction is defined as the direction shown in FIG. 5A. Here, the upper side in the vertical direction is the side on which the bubbles rise. The vertical direction typically corresponds to the vertical direction of the vertical direction.
本実施例1では、超電導体磁気センシング装置100は、超伝導磁気センサ1と、液体窒素容器60とを含む。
In the first embodiment, the superconductor
上述した超伝導磁気センサ1(超伝導磁気センサ2についても同様)は、77Kで使用できるので、超電導体磁気センシング装置100では、液体窒素が充填された液体窒素容器60内で冷却して使用される。即ち、超伝導磁気センサ1は、液体窒素容器60内で液体窒素に浸されて冷却されて動作する。
Since the above-described superconducting magnetic sensor 1 (the same applies to the superconducting magnetic sensor 2) can be used at 77K, the superconductor
液体窒素容器60は、容器本体62と、気泡ガード70(樹脂部材の一例)とを含む。容器本体62は、デュワと呼ばれ、例えば石英ガラスにより形成される。容器本体62は、側壁621と、底壁622とを含み、内部空間61を形成する。内部空間61には、液体窒素が満たされ、超伝導磁気センサ1がセットされる。即ち、内部空間61内には液体窒素が満たされ、超伝導磁気センサ1が液体窒素に浸される。尚、側壁621及び底壁622は、2重構造を含む各種の断熱構造を備えてもよい。以下では、一例として、容器本体62は、円筒形の形態であるとする。
The
容器本体62の上部には、容器本体62の内部空間61の気密性を高める態様で蓋7が設けられる。蓋7には、導線支持部8が蓋7を上下に貫通する態様で設けられる。導線支持部8は、電極パッド36〜39(図1参照)に電気的に接続される計測用の配線を内蔵や係止等により支持する。導線支持部8は、例えば樹脂製のパイプにより形成される。この場合、パイプ内部に配線を通して外部に信号を取り出すことができる。超伝導磁気センサ1は、導線支持部8の下端に固定される。
A
ここで、上述のように、容器本体62内では周囲からの熱流入があるので、液体窒素はどのような容器本体62を用いても、必ず蒸発して容器本体62の外部へと出ていく。このため、容器本体62内において窒素ガスの気泡の発生は不可避である。図5A(図5Bも同様)には、気泡の上昇経路が、参照符号Bを付した気泡の絵で模式的に示されている。窒素ガスの気泡は、主に容器本体62の側壁621及び底壁622から発生し、上方へと移動する(矢印R1参照)。これは、後述の比較例においても同様である。
Here, as described above, since there is heat inflow from the surroundings in the container
気泡ガード70は、物理的なガードとして、上方への移動する窒素ガスの気泡が超伝導磁気センサ1に当たることを低減するガード機能を有する。気泡ガード70は、ガード機能を発現するための構成として、超伝導磁気センサ1の側方及び下方の少なくともいずれか一方に延在する。気泡ガード70が超伝導磁気センサ1の側方に延在する場合は、超伝導磁気センサ1の側方を気泡から少なくとも部分的にガードできる。また、気泡ガード70が超伝導磁気センサ1の下方に延在する場合は、超伝導磁気センサ1の下方を気泡から少なくとも部分的にガードできる。ここで、一般的に、気泡は、漂いながら上方に移動するものの、超伝導磁気センサ1に衝突しうる気泡は、主に、液体窒素容器60の底壁622における超伝導磁気センサ1の真下付近の領域で発生したものである。このため、気泡ガード70が超伝導磁気センサ1の下方に延在する場合は、液体窒素容器60の底壁622で発生した気泡が超伝導磁気センサ1に当たる可能性を効率的に低減できる。
As a physical guard, the
図5Aに示す例では、気泡ガード70は、超伝導磁気センサ1の側方を囲繞する円筒状の筒状部71と、筒状部71から下方に延在し、超伝導磁気センサ1の下方に延在する底部72とを含む。即ち、気泡ガード70は、図5Aに示すように、上方以外が閉じた空間73を形成する。従って、図5Aに示す例では、気泡ガード70は、超伝導磁気センサ1の側方及び下方を気泡から少なくとも部分的にガードできる。筒状部71及び底部72は、一体に形成されてよい。尚、気泡ガード70は、図5Aに示すように、超伝導磁気センサ1及び導線支持部8には接触しない。即ち、気泡ガード70と超伝導磁気センサ1及び導線支持部8との間には、図5Aに示すように、空間73に満たされる液体窒素が存在する。
In the example shown in FIG. 5A, the
気泡ガード70は、熱伝導率が低くなるように、樹脂(プラスチック)により形成される。気泡ガード70は、例えば熱伝導率が0.5W/m・K以下である。これにより、容器本体62から伝わり得る熱に起因して気泡ガード70の表面からの気泡の発生を低減できる(空間73内の液体窒素から発生する気泡を低減できる)。樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート(PET:Polyethylene terephthalate)等を用いることができる。尚、容器本体62が石英ガラスにより形成される場合、気泡ガード70は、石英ガラスの熱伝導率(1.2〜1.4W/m・K)以下の熱伝導率である限り、任意の種類の樹脂(例えば特定の添加剤などが添加された樹脂を含む)により形成されてもよい。
The
気泡ガード70の支持方法は任意である。例えば、気泡ガード70は、容器本体62の側壁621及び底壁622の少なくともいずれか一方に対して支持されてもよい。例えば、図5Aに示す例では、気泡ガード70は、容器本体62の底壁622に当接する態様で支持される。気泡ガード70は、接着剤等により容器本体62の底壁622に接着されてもよい。或いは、気泡ガード70は、重り等を底部72上に載置されることで重力の作用によって、容器本体62の底壁622に当接されてもよい。
The support method of the
比較例による液体窒素容器60’は、本実施例1による液体窒素容器60に対して気泡ガード70を備えていない点が異なる。
The
比較例の場合、図5Bに模式的に示すように、気泡は液体窒素中の超伝導磁気センサ1に衝突し、超伝導磁気センサ1に微小な振動を発生させる。かかる微小な振動が、超高感度の超伝導磁気センサ1に発生すると、ノイズが発生し、超伝導磁気センサ1の感度(信号雑音比)が悪化する可能性がある。
In the case of the comparative example, as schematically shown in FIG. 5B, the bubbles collide with the superconducting
この点、本実施例1では、図5Aに模式的に示すように、気泡ガード70が設けられる。気泡ガード70を設けることで、上述のように、上方への移動する窒素ガスの気泡が超伝導磁気センサ1に当たることを低減できる。従って、本実施例1によれば、窒素ガスの気泡に起因した超伝導磁気センサ1の感度の悪化を低減できる。
In this regard, in the first embodiment, a
また、本実施例1によれば、気泡ガード70は、超伝導磁気センサ1に対して離間して設けられるので、超伝導磁気センサ1に接触する場合に比べて、気泡ガード70自体の微小な振動が超伝導磁気センサ1に伝達される可能性を低減できる。例えば、気泡ガード70が超伝導磁気センサ1に接触する場合は、気泡ガード70への気泡の衝突による気泡ガード70の微小な振動に起因して、超伝導磁気センサ1が微小に振動しうる。この点、本実施例1によれば、気泡ガード70が超伝導磁気センサ1から実質的に物理的に分離されているので、気泡ガード70自体の微小な振動が超伝導磁気センサ1に直接的に伝達されることを防止できる。
Further, according to the first embodiment, since the
また、本実施例1によれば、気泡ガード70は、容器本体62に支持されているので、他の部材(例えば、導線支持部8や超伝導磁気センサ1自体)に支持される場合よりも、気泡ガード70自体の微小な振動が超伝導磁気センサ1に伝達される可能性を低減できる。例えば、気泡ガード70が導線支持部8に支持される場合は、気泡ガード70への気泡の衝突による気泡ガード70の微小な振動に起因して、超伝導磁気センサ1を保持する導線支持部8が微小に振動しうる。従って、この場合、気泡ガード70自体の微小な振動が導線支持部8を介して超伝導磁気センサ1に伝達される可能性がある。この点、本実施例1によれば、超伝導磁気センサ1から実質的に物理的に分離された容器本体62に支持されているので、気泡ガード70自体の微小な振動が他の部材を介して超伝導磁気センサ1に伝達されることを防止できる。
Further, according to the first embodiment, since the
尚、図5Aに示す例では、気泡ガード70は、容器本体62の底壁622に面接触する態様で支持されるが、気泡ガード70は、容器本体62の底壁622に点又は線で接触する態様で支持されてもよい。これにより、容器本体62の底壁622に接触する面積を小さくできる。容器本体62の底壁622に接触する面積が小さいほど、容器本体62からの伝熱が少なくなり、気泡ガード70の表面からの気泡の発生を低減できる。例えば、気泡ガード70は、下方に凸となる形態を有してよい。より具体的には、気泡ガード70の底部72は、筒状部71が円筒形の形態であるとき、先端部(頭部)が切除された円錐形の形態であってよい。この場合、気泡ガード70は、容器本体62の底壁622に実質的に点接触する態様で支持できる。
In the example shown in FIG. 5A, the
[実施例2]
図6は、実施例2による超電導体磁気センシング装置100Aを示す図であり、液体窒素容器60A内の超伝導磁気センサ1の状態を模式的に示す図である。尚、図6には、気泡の上昇経路が、参照符号Bを付した気泡の絵で模式的に示されている。図7は、気泡ガード70A及びスペーサ80の各一例を示す3面図(上面視と、2方向の側面視)である。図8は、土台部90の一例を示す3面図(上面視と、2方向の側面視)である。
[Example 2]
FIG. 6 is a diagram showing the superconductor
本実施例2では、超電導体磁気センシング装置100Aは、超伝導磁気センサ1と、液体窒素容器60Aとを含む。
In the second embodiment, the superconductor
実施例2による液体窒素容器60Aは、上述した実施例1による液体窒素容器60に対して、気泡ガード70が気泡ガード70Aで置換され、且つ、スペーサ80及び土台部90が追加された点が異なる。上述した実施例1による液体窒素容器60と同じであってよい構成要素については、図6において同一の参照符号を付して説明を省略する。
The
気泡ガード70Aは、超伝導磁気センサ1の側方を囲繞する筒状の筒状部71Aと、筒状部71Aから下方に延在し、超伝導磁気センサ1の下方に延在する底部72Aとを含む。図6に示す例では、底部72Aは、下方に凸の形態である。より具体的には、筒状部71A及び底部72Aは、空間73の水平面内の断面積が下方に行くにつれて小さくなる形態を有する。即ち、気泡ガード70Aは、下方に行くにつれて単位高さ当たりの表面積が小さくなる形態を有する。これにより、上述したガード機能を維持しつつ、気泡ガード70Aの表面積を効率的に小さくでき、気泡ガード70Aの表面から発生しうる気泡を低減できる。
The
気泡ガード70Aは、上述した実施例1による気泡ガード70と同様、樹脂により形成される。
The
気泡ガード70Aの底部72Aは、斜め下方に貫通する貫通穴74を有する。貫通穴74を設けることで、液体窒素の注入時に、液体窒素の液面が貫通穴74を超えて上昇する際に、液体窒素を空間73内と空間73外とに均等に行き渡らせることができる。貫通穴74の位置は任意であるが、好ましくは、超伝導磁気センサ1の真下付近の領域から離れた位置である。これにより、貫通穴74に起因した気泡ガード70Aのガード機能を低下を低減できる。
The bottom 72A of the
スペーサ80は、気泡ガード70Aと容器本体62の側壁621との間に設けられる。スペーサ80は、容器本体62に対する気泡ガード70Aの水平方向の変位を拘束する。即ち、スペーサ80は、容器本体62の側壁621に水平方向で当接する態様で設けられる。これにより、容器本体62に対する気泡ガード70Aの水平方向の変位が拘束され、気泡ガード70Aへの気泡の衝突による気泡ガード70A自体に発生しうる微小な振動が低減される。ここで、気泡ガード70A自体に微小な振動が発生すると、かかる微小な振動が、超高感度の超伝導磁気センサ1に液体窒素を介して伝達し得る。従って、気泡ガード70A自体に発生しうる微小な振動が低減されると、超高感度の超伝導磁気センサ1に液体窒素を介して伝達し得る微小な振動が低減されるので、超伝導磁気センサ1の感度の悪化を低減できる。
The
スペーサ80は、好ましくは、気泡ガード70Aと同様、熱伝導率が低くなるように、樹脂により形成される。スペーサ80は、気泡ガード70Aに接着等により固定されてよいし、容器本体62に固定されてもよい。スペーサ80が気泡ガード70Aと同一の材料により形成される場合、スペーサ80は、気泡ガード70Aと一体に形成されてもよい。
The
図6及び図7に示す例では、スペーサ80は、筒状部71Aの外周に対して設けられる第1スペーサ810と、底部72Aの外周に対して設けられる第2スペーサ820とを含む。第1スペーサ810及び第2スペーサ820は、全周にわたって連続して設けられてもよいが、好ましくは、気泡ガード70Aの全周に対して一部のみに設けられる。図7に示す例では、複数個所(4か所)離散して設けられる。これにより、スペーサ80よりも下方で発生した気泡の上方への移動(筒状部71Aよりも外側での気泡の上方への移動)が可能となる。尚、容器本体62の側壁621には、第1スペーサ810及び第2スペーサ820の下面を支持する突起部が設けられてもよい。
In the example shown in FIGS. 6 and 7, the
土台部90は、気泡ガード70Aと容器本体62の底壁622との間に設けられる。土台部90は、容器本体62に対して気泡ガード70Aを支持する。土台部90を設けることで、気泡ガード70Aと容器本体62の底壁622との直接的な接触が無くなるので、容器本体62の底壁622から気泡ガード70Aへの伝熱を低減できる。
The
土台部90は、好ましくは、気泡ガード70Aと同様、熱伝導率が低くなるように、樹脂により形成される。土台部90は、気泡ガード70Aに接着等により固定されてよいし、容器本体62の底壁622に固定されてもよい。土台部90が気泡ガード70Aと同一の材料により形成される場合、土台部90は、気泡ガード70Aと一体に形成されてもよい。土台部90が気泡ガード70Aに固定される場合、気泡ガード70Aと一体化した土台部90は、容器本体62の底壁622に取り外し可能な態様で固定されてもよいし、強固に固定されてもよい。また、土台部90が底壁622に固定される場合、気泡ガード70Aは、土台部90に取り外し可能な態様で固定されてもよい。
The
図6及び図8に示す例では、土台部90は、板状部位910と、板状部位910の下面に結合される円筒状の脚部920とを含む。板状部位910は、容器本体62の内径に対応する外径の円形の形態を有し、スペーサ80と同様、容器本体62に対する気泡ガード70Aの水平方向の変位を拘束する。即ち、板状部位910は、容器本体62の側壁621に水平方向で当接する態様で設けられる。これにより、容器本体62に対する気泡ガード70Aの水平方向の変位が拘束され、気泡ガード70A自体に発生しうる微小な振動が低減される。板状部位910には貫通穴94(図6及び図8に示す例では、4つの貫通穴94)が設けられる。これにより、板状部位910よりも下方で発生した気泡の上方への移動が可能となる。脚部920は、容器本体62の底壁622に対して実質的に線(円形の線)で接触する態様で支持される。
In the example shown in FIGS. 6 and 8, the
尚、図6及び図8に示す例では、土台部90の板状部位910は、容器本体62の側壁621に水平方向で当接するように、容器本体62の内径と略同一の外径を有しているが、容器本体62の内径よりも有意に小さい外径を有してもよい。この場合、板状部位910よりも下方で発生した気泡の上方への移動が、容器本体62の側壁と板状部位910との隙間を介して可能であるので、板状部位910は、貫通穴94を有していなくてもよい。
In the example shown in FIGS. 6 and 8, the plate-
[実施例3]
図9は、実施例3による超電導体磁気センシング装置100Bを示す図であり、液体窒素容器60B内の超伝導磁気センサ1の状態を模式的に示す図である。尚、図9には、気泡の上昇経路が、参照符号Bを付した気泡の絵で模式的に示されている。図10は、気泡ガード70B及びスペーサ80Bの各一例を示す3面図(上面視と、2方向の側面視)である。
[Example 3]
FIG. 9 is a diagram showing the superconductor
本実施例3では、超電導体磁気センシング装置100Bは、超伝導磁気センサ1と、液体窒素容器60Bとを含む。
In the third embodiment, the superconductor
実施例3による液体窒素容器60Bは、上述した実施例2による液体窒素容器60Aに対して、気泡ガード70が気泡ガード70Bで置換され、且つ、スペーサ80がスペーサ80Bで置換された点が異なる。上述した実施例2による液体窒素容器60Aと同じであってよい構成要素については、図9において同一の参照符号を付して説明を省略する。
The liquid nitrogen container 60B according to the third embodiment is different from the
気泡ガード70Bは、超伝導磁気センサ1の側方を囲繞する筒状の筒状部71Bと、筒状部71Bから下方に延在し、筒状部71Bよりも小径の筒状の底部72Bとを含む。図9に示す例では、筒状部71Bは、空間73の水平面内の断面積が下方に行くにつれて小さくなる形態を有する。底部72Bの下方側の開口は、土台部90により塞がれる。これにより、上述したガード機能を維持しつつ、気泡ガード70Bの表面積を効率的に小さくでき、気泡ガード70Bの表面から発生しうる気泡を低減できる。
The
気泡ガード70Bは、上述した実施例1による気泡ガード70と同様、好ましくは、熱伝導率が低くなるように、樹脂により形成される。
The
気泡ガード70Bの底部72Bは、略水平方向に貫通する貫通穴74Bを有する。貫通穴74Bを設けることで、液体窒素の注入時に、液体窒素の液面が貫通穴74Bを超えて上昇する際に、液体窒素を空間73内と空間73外とに均等に行き渡らせることができる。また、貫通穴74Bは、気泡の上昇方向に対して実質的に垂直な側方に向くので、貫通穴74Bに起因した気泡ガード70Bのガード機能を低下を低減できる。
The bottom 72B of the
気泡ガード70Bの底部72Bは、土台部90に接着等により固定されてよい。土台部90が気泡ガード70Bと同一の材料により形成される場合、土台部90は、気泡ガード70Bと一体に形成されてもよい。
The
スペーサ80Bは、上述した実施例2によるスペーサ80と同様、好ましくは、熱伝導率が低くなるように、樹脂により形成される。スペーサ80Bは、気泡ガード70Bと容器本体62の側壁621との間に設けられる。スペーサ80Bは、容器本体62に対する気泡ガード70Bの水平方向の変位を拘束する。即ち、スペーサ80Bは、容器本体62の側壁621に水平方向で当接する態様で設けられる。これにより、容器本体62に対する気泡ガード70Bの水平方向の変位が拘束され、気泡ガード70B自体に発生しうる微小な振動が低減される。図9及び図10に示す例では、スペーサ80Bは、気泡ガード70Bの全周に対して複数個所(4か所)離散して設けられる。これにより、スペーサ80Bよりも下方で発生した気泡の上方への移動が可能となる。
The
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例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範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。 Although each embodiment has been described in detail above, it is not limited to a specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims. It is also possible to combine all or a plurality of the components of the above-described embodiments.
なお、以上の実施例に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
液体窒素温度で動作する超伝導磁気センサ用の液体窒素容器において、
液体窒素が満たされる内部空間を備え、前記内部空間内に前記超伝導磁気センサがセットされる容器本体と、
前記内部空間における前記超伝導磁気センサの下方及び側方のうちの少なくともいずれか一方に延在する樹脂部材とを含む、液体窒素容器。
(付記2)
前記樹脂部材は、前記超伝導磁気センサの側方を囲繞する筒状部と、前記容器本体の底壁と前記超伝導磁気センサとの間に延在する底部とを含む、付記1に記載の液体窒素容器。
(付記3)
前記樹脂部材の前記底部は、下方に凸となる形態を有する、付記2に記載の液体窒素容器。
(付記4)
前記樹脂部材の前記底部には、貫通穴が形成される、付記2又は3に記載の液体窒素容器。
(付記5)
前記樹脂部材は、前記超伝導磁気センサから離間して設けられる、付記1〜4のうちのいずれか1項に記載の液体窒素容器。
(付記6)
前記樹脂部材は、前記容器本体に支持される、付記1〜5のうちのいずれか1項に記載の液体窒素容器。
(付記7)
前記樹脂部材と前記容器本体の側壁との間に設けられる樹脂製のスペーサを更に含む、付記1〜6のいずれか1項に記載の液体窒素容器。
(付記8)
前記スペーサは、前記樹脂部材に固定され、前記容器本体の側壁に当接する、付記7に記載の液体窒素容器。
(付記9)
前記スペーサは、前記容器本体の側壁の全周の一部で前記容器本体の側壁に当接する、付記8に記載の液体窒素容器。
(付記10)
前記樹脂部材と前記容器本体の底壁との間に設けられ、前記容器本体に対して前記樹脂部材を支持する樹脂製の土台部を更に含む、付記1〜9のいずれか1項に記載の液体窒素容器。
(付記11)
前記土台部は、前記容器本体の側壁に当接する板状部位を含み、前記板状部位には、貫通穴が形成される、付記10に記載の液体窒素容器。
(付記12)
前記樹脂部材は、下方に行くほど単位高さ当たりの表面積が小さくなる形態を有する、付記1〜11のいずれか1項に記載の液体窒素容器。
(付記13)
前記樹脂部材は、熱伝導率が0.5W/m・K 以下である、付記1〜12のいずれか1項に記載の液体窒素容器。
(付記14)
液体窒素で満たされる内部空間を有する容器本体、及び、前記内部空間内に設けられる樹脂部材を備える液体窒素容器と、
前記内部空間内に配置され、液体窒素温度で動作する超伝導磁気センサとを含み、
前記樹脂部材は、前記超伝導磁気センサの下方及び側方のうちの少なくともいずれか一方に延在する、超電導体磁気センシング装置。
(付記15)
容器本体を備える液体窒素容器用の樹脂部材において、
液体窒素が満たされる前記容器本体内の超伝導磁気センサの下方及び側方のうちの少なくともいずれか一方に延在する、樹脂部材。
In addition, the following additional remarks are disclosed regarding the above Example.
(Appendix 1)
In a liquid nitrogen container for a superconducting magnetic sensor operating at liquid nitrogen temperature,
A container body having an internal space filled with liquid nitrogen, the superconducting magnetic sensor being set in the internal space;
A liquid nitrogen container including a resin member extending to at least one of a lower side and a side of the superconducting magnetic sensor in the inner space.
(Appendix 2)
The resin member includes a cylindrical part surrounding a side of the superconducting magnetic sensor, and a bottom part extending between the bottom wall of the container body and the superconducting magnetic sensor. Liquid nitrogen container.
(Appendix 3)
The liquid nitrogen container according to
(Appendix 4)
The liquid nitrogen container according to
(Appendix 5)
The liquid nitrogen container according to any one of
(Appendix 6)
The liquid nitrogen container according to any one of
(Appendix 7)
The liquid nitrogen container according to any one of
(Appendix 8)
The liquid nitrogen container according to
(Appendix 9)
The liquid nitrogen container according to appendix 8, wherein the spacer contacts the side wall of the container body at a part of the entire circumference of the side wall of the container body.
(Appendix 10)
The supplementary member according to any one of
(Appendix 11)
The liquid nitrogen container according to
(Appendix 12)
The liquid nitrogen container according to any one of
(Appendix 13)
The liquid nitrogen container according to any one of
(Appendix 14)
A container body having an internal space filled with liquid nitrogen, and a liquid nitrogen container comprising a resin member provided in the internal space;
A superconducting magnetic sensor disposed in the internal space and operating at a liquid nitrogen temperature,
The superconductor magnetic sensing device, wherein the resin member extends to at least one of a lower side and a side of the superconducting magnetic sensor.
(Appendix 15)
In a resin member for a liquid nitrogen container provided with a container body,
A resin member extending to at least one of a lower side and a side of the superconducting magnetic sensor in the container body filled with liquid nitrogen.
1、2 超伝導磁気センサ
10 SQUID(超伝導回路)
11 ピックアップループ
12 インプットコイル
13 SQUIDループ
15 ジョセフソン接合
21 基板
31 超伝導パタン
60、60A、60B 液体窒素容器
61 内部空間
62 容器本体
621 側壁
622 底壁
70、70A、70B 気泡ガード
71、71A、71B 筒状部
72、72A、72B 底部
74、74B 貫通穴
80、80B スペーサ
90 土台部
910 板状部位
94 貫通穴
100、100A、100B 超電導体磁気センシング装置
1, 2 Superconducting
11
60, 60A, 60B Liquid nitrogen container
61
621
71, 71A,
90
Claims (9)
液体窒素が満たされる内部空間を備え、前記内部空間内に前記超伝導磁気センサがセットされる容器本体と、
前記内部空間における前記超伝導磁気センサの下方及び側方のうちの少なくともいずれか一方に延在する樹脂部材とを含む、液体窒素容器。 In a liquid nitrogen container for a superconducting magnetic sensor operating at liquid nitrogen temperature,
A container body having an internal space filled with liquid nitrogen, the superconducting magnetic sensor being set in the internal space;
A liquid nitrogen container including a resin member extending to at least one of a lower side and a side of the superconducting magnetic sensor in the inner space.
前記内部空間内に配置され、液体窒素温度で動作する超伝導磁気センサとを含み、
前記樹脂部材は、前記超伝導磁気センサの下方及び側方のうちの少なくともいずれか一方に延在する、超電導体磁気センシング装置。 A container body having an internal space filled with liquid nitrogen, and a liquid nitrogen container comprising a resin member provided in the internal space;
A superconducting magnetic sensor disposed in the internal space and operating at a liquid nitrogen temperature,
The superconductor magnetic sensing device, wherein the resin member extends to at least one of a lower side and a side of the superconducting magnetic sensor.
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