JP2991566B2 - 磁場下物性測定装置 - Google Patents

磁場下物性測定装置

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JP2991566B2
JP2991566B2 JP4112335A JP11233592A JP2991566B2 JP 2991566 B2 JP2991566 B2 JP 2991566B2 JP 4112335 A JP4112335 A JP 4112335A JP 11233592 A JP11233592 A JP 11233592A JP 2991566 B2 JP2991566 B2 JP 2991566B2
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文昭 端
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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導コイルをコンパ
クト化でき、その結果装置全体を小型化し、体積・重量
の低減並びに材料費の大幅低減を図り、かつHe 消費量
の低減を可能とする磁場下物性測定装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】磁場と温度をパラメ−タとして物性測定
を行う装置として、図1に示す如き磁場源としての超電
導コイル・クライオスタットaと、図2に示す試料冷却
用温度可変型クライオスタットbの組合せによる磁場下
物性測定装置が製品化されている。これは磁場源用クラ
イオスタットの磁場発生部に室温空間cをもち、ここへ
試料冷却用温度可変型クライオスタットbを挿入し、試
料の温度と磁場をパラメ−タとして物性測定できるもの
である。しかし、この構成では試料の寸法に比して磁場
源としての超電導コイルdが大きく、それに比例して装
置全体が大きくなるという欠点がある。
【0003】図1の磁場下物性測定装置では、超電導コ
イル・クライオスタットaからなる磁場源と図2に示す
試料冷却用温度可変型クライオスタットbで構成され、
磁場発生部の室温空間cへ試料冷却用温度可変型クライ
オスタットbの試料部eを挿入する構造である。この構
成によれば超電導コイルdを液体ヘリウムfで冷却した
まま、任意に測定用試料を交換し、測定効率を高くとる
ことができるという利点がある。そのために、試料冷却
用温度可変型クライオスタットbは磁場源用クライオス
タットと真空容器が全く独立している。このため試料部
eにおいては、それぞれのクライオスタットの真空容
器、熱シ−ルド板が2重になり、それらの設置空間を確
保するために超電導コイルdは大きくならざるを得ない
(理想的には試料部分のみに磁場が発生すれば良い)。
その結果装置全体が大きくなる傾向にある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、超電導コイ
ルをコンパクト化でき、その結果装置全体を小型化して
体積・重量の低減、材料費の大幅低減を可能とし、かつ
He 消費量の少い磁場下物性測定装置を提供することを
目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】磁場源用超電導コイル6
のクライオスタット真空容器2の磁場発生部に空間cを
設け、該空間cに試料冷却用温度可変型クライオスタッ
トbを側方から挿入可能にし、前記磁場発生部空間cの
一端は真空フランジ板11によって真空シールし、又磁
場発生部空間cの他端は試料冷却用温度可変型クライオ
スタットbの真空弁7付きの真空フランジ管9によって
磁場発生部空間c内を真空シール可能とし、物性測定時
には試料冷却用温度可変型クライオスタットbのサンプ
ルホルダ10の外側を覆うための真空容器を不要とし
た。又、磁場発生部空間cはリーク弁を兼ねる真空弁7
によって真空及び大気圧とに任意に変換可能とした。さ
らに、磁場源用超電導コイル26の内側に空間cを設
け、又クライオスタットの真空容器22の側面と、液体
ヘリウム容器25を覆う熱シールド板24の外側をさら
に覆う熱シールド板23の側面とにサンプルホルダ32
のついた冷凍機28を挿入するための開口部を設け、真
空容器22に設けた開口部c´に、ベローズ付真空フラ
ンジ30の一端をゲート弁31を介して接続し、ベロー
ズ29の他端には真空フランジ30を介して冷凍機28
を取付ける冷凍機側真空フランジ35を取付け、超電導
コイル26内の空間とベローズ29内の空間とを前記ゲ
ート弁31の開閉によって連通・分離可能にし、サンプ
ルホルダ32内のサンプルは冷凍機28とヒーターによ
って任意に温度設定可能にし、物性測定時には超電導コ
イル26内の空間とベローズ29内の空間とを連通さ
せ、該連通空間を真空容器構造とすることを可能とし
た。サンプル交換時はゲート板31を閉め、超電導コイ
ル26内に設けた空間cをベローズ29内の空間から分
離した真空空間として、コイル側の真空断熱を保持し、
コイル冷却状態に影響しない構成とした。
【0006】
【実施例1】図3に本発明による磁場下物性測定装置の
一実施例を示す。磁場源用超電導コイル6のクライオス
タット真空容器2に磁場発生部空間cが設けられている
点は図1の場合と同じである。しかし本発明では空間c
の一端が真空フランジ板11によって真空シールされる
構造となっている。試料冷却用温度可変型クライオスタ
ットbの熱シールド板12の外側には真空容器を設け
ず、磁場源用クライオスタット真空容器2との間で真空
シールできる真空フランジ管9を設ける。このフランジ
管9には真空弁7(リーク弁を兼ねる)がついている。
試料の温度可変はGM型冷凍機8による冷却とサンプル
ホルダー10の付近に設置するヒーター(図示しない)
で行う点は図2と同じである。磁場源用クライオスタッ
トは磁場源用超電導コイル6の他、液体ヘリウム容器
5、液体ヘリウム容器を囲む2重の熱シールド板3,
4、電流リード13により構成し、外部の励磁用電源1
から超電導コイル6へ通電して磁場をサンプルホルダ1
0の部位に発生できる構成となっている。
【0007】さて本実施例では図2の如くサンプルホル
ダー10を囲繞する真空容器がない。このようにサンプ
ルホルダー10を囲む真空容器を不要とすることによっ
て、真空容器分のスペースを減少でき、その分超電導コ
イル6の内径を小さくできる。また、サンプル交換のた
めにサンプル部を大気開放する場合に、図1の従来装置
と同様に超電導コイル6側クライオスタットに何ら影響
させずにでき、物性測定の効率は変らない。
【0008】このような構成であって、物性測定の手順
は次のとおりである。 1)超電導コイル6を液体ヘリウムで冷却し、磁場発生
できる状態とする。 2)サンプルホルダー10にサンプルを置き、これを磁
場発生部空間cに挿入し、真空シールする。 3)真空弁7で排気し、サンプル部を真空に保つ。 4)GM冷凍機8を起動してサンプルを冷却し、サンプ
ルホルダー10付近に設けたヒーター入力の調整によっ
てサンプルを所定の温度に保持する。 5)超電導コイル6を励磁して所定の磁場を発生させ所
定の物性を測定する。
【0009】サンプル交換は次の手順による。 1)GM冷凍機8を停止し、サンプルを昇温させ室温ま
で戻す。 2)真空弁7を開け磁場発生部空間を大気圧とする。 3)真空フランジ管9をクライオスタット真空容器2か
らはずし、GM冷凍機8を抜き出し、サンプルを交換す
る。
【0010】
【実施例2】図4に本発明による磁場下物性測定装置の
第2実施例を示す。磁場源用超電導コイル26を備えた
クライオスタット33の真空容器22と該真空容器22
の内側にある熱シールド板23内にサンプルホルダー3
2のついた冷凍機28を側方から挿入するための開口部
c´が設けられている。ただし熱シールド板23の内側
には、コイル26を入れた液体ヘリウム容器25を囲む
形で熱シールド板24が配置されている。上記の真空容
器22の側面に設けた開口部c´にはゲート弁31を介
して真空フランジ30のついたベローズ29が取り付け
られている。35は真空弁(リーク弁を兼ねる)27を
備えた冷凍器側真空フランジである。
【0011】この構成により、ゲート弁31を開くとコ
イル用クライオスタットの真空容器22と、ベローズ2
9、真空フランジ30及び冷凍機側真空フランジ35に
よって真空空間が形成される。この真空空間は、図5に
示すようにベローズ29を伸ばしてサンプルホルダー3
2がコイル側真空容器22の開口部c´より外側へ出た
状態で前記ゲート弁31を閉じて、コイル側空間Aとベ
ローズ側空間Bに分離できる。したがって、サンプル交
換の場合、コイル側の空間Aは真空を保持したまま、ベ
ローズ29内の空間Bをリーク弁を兼ねる真空弁27に
よって大気と通ずることができる。
【0012】コイル側クライオスタット33は、磁場用
超電導コイル26の他、ヘリウム容器25とこれを囲む
シールド板24と、さらに熱シールド板24を囲む熱シ
ールド板24と真空容器22と電流リード34で構成さ
れ、励磁用電源21によりコイル26に通電して磁場を
発生できる。
【0013】コイル側空間A(図5)とベローズ側空間
Bをゲート弁31の開閉とベローズ29の伸縮によって
連通することもでき、又分離することもできる構造とし
たことにより、図1の従来型にあるコイル内側の真空容
器2つ分と熱シールド板2つ分を不要とでき、超電導コ
イルを大巾に小型化できる。その結果、クライオスタッ
トも大巾に小型化し、材料費,消費He量の大巾な低減
が可能になる。
【0014】本実施例2による物性測定の手順は以下の
とおりである。 1)ゲート弁31を閉じ(図5)、超電導コイル側クラ
イオスタット33を真空引きし、液体ヘリウム冷却によ
り励磁できる状態とする。 2)ベローズ付真空フランジ30を、サンプルを取付後
にゲート弁31の部位に真空シールして取り付ける。こ
のときベローズ29は伸びた状態とする。 3)真空弁27から排気し、所定の真空に達した後、ゲ
ート弁31を開として、ベローズ29を縮め、サンプル
が磁場中心位置になるように固定する。 4)冷凍機28を起動して、サンプルホルダー32付近
に設けたヒーターとの調整で、サンプルを所定の温度と
した後、コイル26を励磁し、所定磁場で所定の物性を
測定する。
【0015】次にサンプル交換の手順を示す。 1)ベローズ29を伸ばしてゲート弁31を閉じる。 2)冷凍機8を停め、サンプルを昇温させ室温まで戻
す。 3)真空弁27を開けてリークさせ、前記空間Bを大気
圧とする。 このとき空間Aは真空に保持され、超電導コイル26の
冷却状態に何ら影響はない。 4)ゲート弁31からベローズ付真空フランジ30を切
り離し、サンプルを交換する。
【0016】
【効果】磁場源としての超電導コイル用クライオスタッ
トと試料冷却用温度可変型クライオスタットbとを独立
させ、磁場発生部空間cをその一端の真空フランジ板1
1と試料冷却用温度可変型クライオスタット側の真空フ
ランジ管9とによって真空空間とすることを可能とし、
試料冷却用温度可変型クライオスタットのサンプル部を
囲む真空容器を不要とした。
【0017】超電導コイルの内側に真空空間を、又クラ
イオスタットの真空容器22と熱シールド板24の側面
に開口部c´をもち、ベローズ付真空フランジ30とゲ
ート弁31の開閉によって図5に示す空間AとBを一体
可能かつ分離可能にし、超電導コイル26は液体ヘリウ
ムで冷却でき、熱シールド板23,24、真空容器2
2、電流リード34等で構成するクライオスタット内で
冷却、励磁可能で、サンプルは冷凍機28とヒーターに
よって任意に温度設定可能で、物性測定時はゲート板3
1を開けて一体化した真空容器構造とすることを可能と
した。
【0018】かくしてサンプル交換の容易さ、磁場源と
の独立性、温度可変設定の容易さをもつ従来型の磁場下
測定装置の利点を生かしつつ、コイルの小型化、さらに
クライオスタットの小型化が図れ、体積・重量の減少に
より材料費を大幅に低減し、かつコイル小型化に伴うH
e消費量も低減することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】公知磁場下物性測定装置を示す。
【図2】同じく公知試料冷却用温度可変型クライオスタ
ットを示す。
【図3】試料冷却用クライオスタットの真空容器を不要
とする本発明装置の第1実施例を示す。
【図4】同じく本発明の第2実施例を示す。
【図5】図4でベロ−ズを伸した状態を示す。
【符号の説明】
1 励磁用電源 2 真空容器 3,4 熱シ−ルド板 5 液体ヘリウム容
器 6 超電導コイル 7 真空弁,リ−ク
弁 8 GM型冷凍機 9 真空フランジ管 10 サンプルホルダ− 11 真空フランジ板 12 熱シ−ルド板 13 電流リ−ド 21 励磁用電源 22 真空容器 23,24 熱シ−ルド板 25 液体ヘリウム容
器 26 超電導コイル 27 真空弁,リ−ク
弁 28 冷凍機 29 ベロ−ズ 30 真空フランジ 31 ゲ−ト弁 32 サンプルホルダ− 33 クライオスタッ
ト 34 電流リ−ド 35 冷凍機側真空フ
ランジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 39/04 B60L 13/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁場源用超電導コイル(6)のクライオ
    スタット真空容器(2)の磁場発生部に空間(c)を設
    け、該空間(c)に試料冷却用温度可変型クライオスタ
    ット(b)を側方から挿入可能にし、前記磁場発生部空
    間(c)の一端は真空フランジ板(11)によって真空
    シールし、又磁場発生部空間(c)の他端は試料冷却用
    温度可変型クライオスタット(b)の真空弁(7)付き
    の真空フランジ管(9)によって磁場発生部空間(c)内
    を真空シール可能とし、物性測定時には試料冷却用温度
    可変型クライオスタット(b)のサンプルホルダ(1
    0)の外側を覆うための真空容器を不要としたことを特
    徴とする磁場下物性測定装置。
  2. 【請求項2】 磁場発生部空間(c)はリーク弁を兼ね
    る真空弁(7)によって真空及び大気圧とに任意に変換可
    能とした請求項1の磁場下物性測定装置。
  3. 【請求項3】 磁場源用超電導コイル(26)の内側に
    空間(c)を設け、又クライオスタットの真空容器(2
    2)の側面と、液体ヘリウム容器(25)を覆う熱シー
    ルド板(24)の外側をさらに覆う熱シールド板(2
    3)の側面とにサンプルホルダ(32)のついた冷凍機
    (28)を挿入するための開口部を設け、真空容器(2
    2)に設けた開口部(c´)に、ベローズ付真空フラン
    ジ(30)の一端をゲート弁(31)を介して接続し、
    ベローズ(29)の他端には真空フランジ(30)を介
    して冷凍機(28)を取付ける冷凍機側真空フランジ
    (35)を取付け、前記超電導コイル(26)内の空間
    とベローズ(29)内の空間とを前記ゲート弁(31)
    の開閉によって連通・分離可能にし、サンプルホルダ
    (32)内のサンプルは冷凍機(28)とヒーターによ
    って任意に温度設定可能にし、物性測定時には超電導コ
    イル(26)内の空間とベローズ(29)内の空間とを
    連通させ、該連通空間を真空容器構造とすることができ
    るようにした磁場下物性測定装置。
  4. 【請求項4】 サンプル交換時はゲート板(31)を閉
    め、超電導コイル(26)内に設けた空間をベローズ
    (29)内の空間から分離した真空空間として、コイル
    側の真空断熱を保持し、コイル冷却状態に影響しない構
    成とした請求項3の磁場下物性測定装置。
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