JP4275640B2 - 極低温冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、極低温冷却装置に係り、特に、核磁気共鳴測定装置（ＮＭＲ装置）で使用される、電子品の一種である低温プローブヘッド内の照射コイル、受信コイル及び前置増幅器を冷却することにより、照射コイルまたは受信コイルのＱ値とＳ／Ｎ比を高めることが可能な核磁気共鳴測定装置に使用する極低温冷却装置に好適なものである。

電子機器の一種である核磁気共鳴測定装置では、連続的に無線周波数信号電磁波を試料に照射するＣＷ型と、パルス状の電磁波を試料に照射するパルスフーリエ型が存在するが、最近では後者のパルスフーリエ型ＮＭＲ装置を指すことが多くなっている。なお、この明細書において、核磁気共鳴測定装置という場合は、パルスフーリエ型ＮＭＲ装置を指すものとする。

核磁気共鳴測定装置に関する基本的構成については「ＮＭＲの書」（荒田洋治著、丸善刊、１１００年）第III部測定技術に記載されている。同著によると、核磁気共鳴測定装置は、静磁場を発生する超電導磁石、内部に収納した試料に高周波パルス磁場を照射する照射コイル、試料から発せられる自由誘導減衰信号（ＦＩＤ信号）を受信する受信コイル、前記コイルを内部に備えた低温プローブヘッド、照射コイルに高周波電流を供給する高周波電源、自由誘導減衰信号を増幅する増幅器、信号を検波する検波器、検波器によって検出した信号を解析する解析装置等を有して構成される。

なお、照射コイルまたは受信コイルについては様々な核種や測定方法に対応するため複数のコイルを備える低温プローブヘッドがある。また、照射コイルと受信コイルはそれらの機能を併せ持っているコイルもある。これらコイルを総称して低温プローブヘッドコイルと称する。

前記「ＮＭＲの書」によれば、低温プローブヘッドとは、低温プローブヘッドコイルを超電導化し、極低温のヘリウムガスによって低温プローブヘッド内部を冷却する方式の低温プローブヘッドをいい、超電導体としては一般的には酸化物超電導体が用いられる。

低温プローブヘッドの利点は二つある。利点の１つは、回路の電気抵抗が低くなるため、コイルのＱ値を高めることができることである。コイルのＱ値Ｑは式（１）で表すことができる。

ここで、Ｌは回路のインダクタンス、Ｃはキャパシタンス、Ｒは電気抵抗である。式（１）によれば、電気抵抗Ｒが小さくなると、Ｑ値Ｑが高くなることがわかる。

利点のもう１つは、低温にしたため、回路全体の熱雑音を減少させることができ、Ｓ／Ｎ比が向上することである。ノイズ電圧Ｖｎは式（２）で表すことができる。

ここで、Ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、Ｄｆは周波数幅、Ｒは電気抵抗である。式（２）によれば、温度Ｔが低くなると、ノイズ電圧Ｖｎは小さくなることがわかる。また、一般的な金属では温度Ｔが低くなると、電気抵抗Ｒも小さくなる。したがって、低温プローブヘッド内部を冷却、低温プローブヘッドコイルを超電導化することにより、ノイズ電圧Ｖｎは電気抵抗Ｒの１／２乗以上で小さくすることができる。

核磁気共鳴測定装置では、冷凍機を電子品から離して設置することが行なわれる。その理由は、冷凍機の運転振動を電子品に伝えないためである。低温プローブヘッドが振動すると、ノイズの原因となるため、冷凍機と電子品との間の移送配管の主な配管部品は可撓性に富むベロー管を使用し、かつ距離を長くとって振動を吸収する構造がとられるのが一般である。

プローブヘッド内部を冷却して低温プローブヘッドを実現するための冷却技術としては、特開平１０−３３２８０１号公報（特許文献１）、特開２００１−１５３９３８号公報（特許文献２）に示されたものがある。これらによれば、冷凍機の運転振動を低温プローブヘッド側に伝搬することを防止するために、低温プローブヘッドを冷却する冷凍機で冷却される低温作動媒体（例えばヘリウムガス）の循環装置と低温プローブヘッドとを離して設置し、内部に低温作動媒体配管を有する断熱された移送配管で両者を連結しており、受信コイルの温度を低温作動媒体３０Ｋ以下に冷却できる。

特開平１０−３３２８０１号公報 特開２００１−１５３９３８号公報

しかしながら、特許文献１では、断熱された移送配管が温度約７７Ｋ用と温度約１０Ｋ用の別々の２種類必要となり、装置コストが増加すると共に、移送管路への熱侵入が増加するという問題があった。そして、移送管路への熱侵入の増加によって、冷凍機の必要冷凍量が増加し、冷凍機が大型化し、装置コストが増加すると共に、冷凍機の消費電力が増加し、運転コストが増加するという問題を派生していた。

また、特許文献２では、断熱された移送管路において、温度約７７Ｋ用と温度約１０Ｋ用の２つの温度レベルの低温作動媒体の往復管路を内蔵する輸送管路として、４つの管路が必要となる。これらを同軸管路で多重円筒状管路で構成してそれぞれの管路間に真空断熱層を設けると、８重管構成が必要となる。これによって、装置コストが増加するとともに、移送管路の最外直径は非常に大きくなり、管路をフレキシブル管で構成しても曲げ半径が大きくなって曲げ難い移送管路となる。このため、低温プローブヘッドの設置室内への移送管路の配置がほぼ直線状にしか配置できず、設置室が狭い場合設置できない場合が生じる問題があった。

本発明の目的は、安価で、消費電力が少なく、据付性に優れた極低温冷却装置を提供することにある。

前述の目的を達成するために、本発明は、極低温に冷却される被冷却体を内蔵する第１真空容器と、温度レベルの異なる複数の冷却ステージを有する冷凍機と、前記複数の冷却ステージを内蔵する第２真空容器と、前記第１真空容器と前記第２真空容器との間で極低温度の作動媒体を移送する第１移送往路管及び第１移送復路管と、前記第１真空容器と前記第２真空容器との間で前記第１移送往路管及び前記第１移送復路管の作動媒体より低い温度レベルの作動媒体を移送する第２移送往路管及び第２移送復路管と、を備える極低温冷却装置において、フレキシブル管で形成し且つ内部を真空とした第２移送往路断熱管内に前記第２移送往路管を収納すると共に、フレキシブル管で形成し且つ内部を真空とした第２移送復路断熱管内に前記第２移送復路管を収納し、フレキシブル管で形成し且つ内部に気体を封入した熱シールド管内に、前記第１移送往路管、前記第１移送復路管、前記第２移送往路断熱管及び前記第２移送復路断熱管を、非同軸で且つそれぞれ独立して隙間を有するように収納し、フレキシブル管で形成し且つ内部を真空とした収納断熱管内に前記熱シールド管を収納したものである。

係る本発明におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記第２移送往路断熱管、前記第２移送復路断熱管、前記熱シールド管及び前記収納断熱管を軸方向断面が波型のベロー管としたこと。
（２）前記第２移送往路管を移送される作動媒体の温度レベルを５Ｋ以下として前記被冷却体を約５Ｋ以下に冷却すること。
（３）前記第２移送往路断熱管、前記第２移送復路断熱管及び前記収納断熱管の内部空間を連通して真空空間としたこと。
（４）熱シールド管内に封入する気体として熱伝導媒体であるヘリウムガスを用いたこと。
（５）前記第２移送往路管及び前記第２移送復路管の外周にポリアミド系合成繊維等のスペーサを螺旋状に巻きつけて、前記第２移送往路管及び前記第２移送復路管を、軸方向断面が波型のフレキシブル管で形成された前記第２移送往路断熱管及び前記第２移送復路断熱管の真空空間内にそれぞれ収納したこと。
（６）前記熱シールド管の外面に多層断熱層であるスーパーインシュレータを全周に巻回して前記熱シールド管を前記収納断熱管内に収納したこと。
（７）前記断熱収納管の両端部にスリーブを設け、そのスリーブの端部にフランジを設け、このフランジを、真空Ｏリングを介して、前記第１真空容器及び前記第２真空容器に設けられたフランジに連結して前記断熱収納管、前記第１真空容器及び前記第２真空容器のそれぞれの内部の真空空間を連通したこと。
（８）前記熱シールド管内の気体を封入した空間と、第２移送往路断熱管内の真空空間、第２移送復路断熱管内の真空空間及び前記収納断熱管内の真空空間とを隔離するように、前記熱シールド管の両端にフランジを設けたこと。
（９）前記（８）において、前記第１移送往路管、前記第１移送復路管、第２移送往路管及び第２移送復路管を前記熱シールド管のフランジを貫通して設け、貫通した前記第１移送往路管及び前記第１移送復路管の支持体と、貫通した第２移送往路管及び第２移送復路管に支持体とを別部材としたこと。
（１０）前記第１真空容器内の真空空間側と前記収納断熱管内の真空空間側とを真空弁を介して配管で連結したこと。
（１１）前記第１移送往路管、前記第１移送復路管、第２移送往路管及び第２移送復路管の少なくとも何れかの前記第１真空容器との接続部にガス吸着手段を備えたこと。

本発明によれば、安価で、消費電力が少なく、据付性に優れた極低温冷却装置を提供することができる。

以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

まず、本発明の第１実施例の極低温冷却装置を図１から図４を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例の極低温冷却装置を示す構成図、図２は図１の極低温冷却装置の移送管の断面図、図３は本実施例の極低温冷却装置における移送配管の端部接続部を示す図２のＡ−Ａ線に沿った断面図、図４は図１の極低温冷却装置の低温プローブヘッドの構成図である。

本実施例の極低温冷却装置は、電子機器の一種である核磁気共鳴測定装置の冷却装置として用いられるものである。この極低温冷却装置は、従来技術の問題点の解決を図りつつ、装置の性能向上を図ったものであり、直径が小さく（すなわち、曲げ半径が小さく）曲げ易い、しかも２つの温度レベルの低温作動媒体用往復路管を共に内蔵した断熱された移送配管３６を有するものである。

さらに、本実施例の極低温冷却装置は、移送する作動媒体の温度を５Ｋ以下の極低温にし、低温プローブヘッド１０の冷却温度を５Ｋ以下（換言すれば、被冷却体の超伝導温度以下）にして、低温プローブヘッド１０による計測精度を向上させるようにしている。すなわち、断熱された移送配管３６において、温度約７７Ｋ用と温度約５Ｋ用の２つの温度レベルの低温作動媒体の往復路管を共に内蔵し、これを非同軸管で構成することにより、移送配管３６の最外直径を小さくして曲げ半径を小さくすることができ、曲げ易い移送配管３６を実現している。このため、低温プローブヘッド１０の設置室内への移送配管３６の配置が曲線状に配置できるので、設置室が狭い場合でも移送配管３６を曲げることにより容易に設置できる。しかも、断熱された移送配管３６が１本で済むため、移送配管３６への熱侵入が低減され、冷凍機の必要冷凍量を低減し冷凍機を小型化できる。

本実施例の核磁気共鳴測定装置は、１つまたは複数のＮＭＲ受信コイル及び照射コイルからなるプローブコイル５０を備えたＮＭＲ低温プローブヘッド１０を有する核磁気共鳴（ＮＭＲ）測定用の測定装置であって、低温プローブヘッド１０内にＮＭＲ受信コイルによって受信されるＮＭＲ信号を増幅するための１つ又は複数の前置増幅器５１と、低温プローブヘッド１０内のプローブコイル５０と循環作動媒体とを熱交換させるコイル冷却用熱交換器１１と、低温プローブヘッド１０内に前置増幅器５１と循環作動媒体とを熱交換させる前置増幅器用熱交換器２１と、循環作動媒体を冷却及び圧縮できる冷却装置と、循環作動媒体を冷却装置から低温プローブヘッド１０に移送できる第１移送往路管３１と、循環作動媒体を低温プローブヘッド１０から冷却装置に移送できる第１移送復路管３２と、循環作動媒体を冷却装置から低温プローブヘッド１０に移送できる第２移送往路管３３と、循環作動媒体を低温プローブヘッド１０から冷却装置に移送することができる第２移送復路管３４とを備える。

冷却装置は、第１段熱交換器１２を有する第１冷却ステージと、第２段熱交換器８を有する第２冷却ステージを有する単一の極低温冷凍機２を備えている。第１冷却ステージは第２冷却ステージの第２段温度より高い第１段温度を有している。冷却装置は、さらに、圧縮機６、第１向流式熱交換器１３、第２向流式熱交換器７を備える。第１向流式熱交換器１３、第２向流式熱交換器７では、第１、第２移送復路管３１〜３４内を流動する循環作動媒体間で熱交換する。

圧縮機６で加圧された、例えばヘリウムガス等の循環作動媒体は、常温で冷却装置に流入し、第１向流式熱交換器１３の往路で第１向流式熱交換器１３の復路内の低温の循環作動媒体と熱交換し、温度約５８Ｋとなり第１移送往路管３３に流入する。移送配管３６出口から低温プローブヘッド１０内に流入した循環作動媒体は、低温プローブヘッド１０内の前置増幅器５１及び低温プローブヘッド１０内の輻射シールド４２を冷却し、移送配管３６中の第１移送復路管３４に流入し、収納断熱管３０内の熱シールド管８３を間接的に冷却した後、真空容器１内の極低温冷凍機２の第１冷却ステージに熱的に一体化された第１段熱交換器４に流入し、約温度４５Ｋに冷却される。

第１段熱交換器１２を出た循環作動媒体は、第２向流式熱交換器７の往路に流入し、同第２向流式熱交換器７内の復路注の極低温の循環作動媒体と熱交換し、温度約７．５Ｋとなって第２向流式熱交換器７の往路を流出し、極低温冷凍機２の第２冷却ステージに熱的に一体化された第２段熱交換器８に流入し、第２冷却ステージにより温度約４．５Ｋに冷却され、第２移送往路管３１に流入する。移送配管３６出口から低温プローブヘッド１０内に流入した循環作動媒体は、低温プローブヘッド１０内のプローブコイル５０と循環作動媒体を熱交換できるコイル冷却用熱交換器１１に流入し、プローブコイル５０を温度約５Ｋに冷却する。

冷却後、移送配管３６中の第２移送復路管３２に流入し、移送配管３６を出た後、移送配管３６内に設けた移送配管３６内の熱シールド管８３を間接的に冷却した後、第２向流式熱交換器７の復路に流入し当該第２向流式熱交換器７内の復路の循環作動媒体を冷却して第２向流式熱交換器７を低温状態で出て、第１向流式熱交換器１３の復路に流入し、当該第１向流式熱交換器１３内の往路の循環作動媒体を冷却して第１向流式熱交換器１３を出て常温となり、圧縮機６に流入し、再度加圧されて常温の循環作動媒体となり、冷却装置内を循環する。

ここで、温度が３Ｋから５Ｋに達する極低温の第２移送往路管３１及び第２移送復路３２は移送配管３６内を流動する間、常温から熱が侵入し循環作動媒体が上昇してしまうことを防止するため、第２移送往路管３１もしくは第２移送復路３２内の温度約５８Ｋの循環作動媒体で冷却する熱シールド管８３を設け、熱シールド管８３で非接触的に取り囲まれるように第２移送往路管３１及び第２移送復路３２を配置している。

この熱シールド管８３は、常温の真空容器となる第１ベロー管（収納断熱管）３０内の真空空間に第１ベロー管３０と同軸の第２ベロー管８３で構成される。第２ベロー管８３は、第１ベロー管３０内の真空空間内に隔離形成され、第２ベロー管８３内には伝導循環作動媒体の例えばヘリウムガスが静的に満たされている。第２ベロー管８３内より外径がかなり小さな第２移送往路管３１及び第２移送復路３２は、第２ベロー管８３外の真空空間から第２ベロー管８３内を貫通して配置され、その貫通部は溶接等で気密性を有している。この構造により、第１移送往路管３３もしくは第１移送復路３４の寒冷で伝導循環作動媒体のヘリウムガスを冷却し、第２ベロー管８３を冷却する。

熱シールド体の第２ベロー管８３内には、第２ベロー管８３内より外径が小さな第３ベロー管（第２移送往路断熱管）８１Ａ及び第４ベロー管（第２移送復路断熱管）８１Ｂがそれぞれ第２ベロー管８３とは非同軸に配置される。第３ベロー管８１Ａ及び第４ベロー管８１Ｂは、常温の第１ベロー管３０の真空空間から第２ベロー管８３内を貫通して配置され、その貫通部は溶接等で気密性を有している。

第３ベロー管８１Ａ及び第４ベロー管８１Ｂ内は、第１ベロー管３０内の真空空間に連通されている。第３ベロー管８１Ａ及び第４ベロー管８１Ｂも、第２ベロー管８３の温度と同程度に冷却される。第３ベロー管８１Ａ内は真空空間であり、その真空空間に第３ベロー管８１Ａと同軸状態でスペーサを介して、第３ベロー管８１Ａの内径よりも小さな外径の第２移送往路管３１を貫通して配置する。また、第４ベロー管８１Ｂ内は真空空間であり、その真空空間にスペーサを介して第４ベロー管８１Ｂと同軸状態で第４ベロー管８１Ｂの内径よりも小さな外径の第２移送復路管３２を貫通して配置する。

これにより、第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２は熱シールド体の第２ベロー管８３で熱的にシールドされるので、第２移送往路管３１内の循環作動媒体の温度は上昇せず、低温プローブヘッド１０内のプローブコイル５０を温度約５Ｋ以下の極低温に冷却できる。これによって、プローブコイル５０の熱雑音も小さく、計測精度を向上させた低温プローブヘッド１０を実現することができる。

さらに、第２移送往復路管３１、３２を熱シールド体の第２ベロー管８３内に非同軸状に断熱真空空間を介して配置できるので、第２ベロー管８３を小径に構成でき、第２ベローを内蔵する第１ベロー管３０を小径に構成できる。これによって、可撓性に優れた移送配管３６を提供できる。したがって、低温プローブヘッド１０の設置室内への移送配管３６の配置が曲線状に配置できるので、設置室が狭い場合でも移送配管３６を設置できる。しかも、断熱された移送配管３６が１本で済むため、移送配管３６への熱侵入が低減され、極低温冷凍機２の必要冷凍量を低減し冷凍機を小型化できる。

また、移送配管３６の両端では極低温の第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２を真空空間にて断熱的に常温の第１ベロー管３０の一部から支持されている。第１ベロー管３０の真空空間において、第１ベロー管３０の内壁から少なくとも一部を低熱伝導率材料で製作した第１支持体を介して第２支持体を支持し、第２支持体に第１移送往路管３３及び第１移送往路管３４を固定する。更に、真空空間にて第２支持体を介し、かつ第１移送往路管３３及び第１移送往路管３４とは一部に低熱伝導率材料で製作した部材を介して支持される。本構造より、極低温の第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２は、第１移送往路管３３及び第１移送往路管３４で冷却された第２支持体を介して常温の第１ベロー管３０から支持されるので、常温の第１ベロー管３０から極低温の第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２に侵入する熱は、第１移送往路管３３及び同復路の循環作動媒体で冷却吸収され、極低温の第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２への熱侵入を小さくすることができる。このため、第２移送往路管３１内の循環作動媒体の温度は上昇せず低温プローブヘッド１０内のプローブコイル５０を温度５Ｋ以下の温度に冷却できるので、コイルの熱雑音も小さく、計測精度を向上させた低温プローブヘッド１０を実現することができる。

本実施例の極低温冷却装置について、図１から図４を参照しながらさらに具体的に説明する。

本実施例の極低温冷却装置において、循環作動媒体は、圧縮機６、第１向流式熱交換器１３、第１移送往路管３３、増幅器用熱交換器２１、第１移送復路管３４、第１段熱交換器１２、第２向流式熱交換器７、第２段熱交換器８、第２移送往路管３１、コイル冷却用熱交換器１１、第２移送復路管３２、第２向流式熱交換器７、第１向流式熱交換器１３、圧力調整弁２４、圧縮機６の順で循環される。

極低温冷凍機２は極低温冷凍機用圧縮機５により駆動され、第１冷却ステージ４は第１段熱交換器１２と熱的に接続され、第２冷却ステージ３は第２段熱交換器８と熱的に接続されている。第１段熱交換器１２は循環作動媒体を４５Ｋまで冷却することができ、第２段熱交換器８は循環作動媒体を４．５Ｋまで冷却することができる。

第１向流式熱交換器１３、第１段熱交換器１２、第２向流式熱交換器７、第２段熱交換器８は、真空容器１内の輻射シールド４１内部に設置されている。輻射シールド４１は極低温冷凍機２の第１冷却ステージ４と熱的に接続されている。真空容器１内は真空であり、輻射シールド４１の外側は多層断熱層であるスーパーインシュレータ（図示せず）が巻回されており、輻射シールド４１内にある装置類への輻射熱を軽減している。圧力調整弁２４は循環作動媒体が圧縮機６の吸入口側の室温環境に設置されており、開度は０％から１００％まで任意に調整できる。なお、低温プローブヘッド１０を構成する真空容器を第１の真空容器とすると、真空容器１は第２の真空容器となる。

移送配管３６の内部構造を図２及び図３に示す。第２移送往路管３１、第２移送復路管３２、第１移送往路管３３及び第１移送復路管３４は、単一の断熱収納管３０内の真空空間８０に設置され、この真空断熱空間８０で気体の対流、熱伝導、輻射熱により移送管路へ侵入する熱を低減している。

断熱収納管３０は、軸方向断面が波型のフレキシブル管の真空断熱管で構成され、可撓性を有している。薄肉銅製で可撓性を有した第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２は、軸方向断面が波型のフレキシブル管の第２移送往路断熱管８１Ａ及び第２移送復路断熱管８１Ｂの真空空間内に、ポリアミド系合成繊維等のスペーサ８２を螺旋状に巻きつけて配置される。スペーサ８２は、第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２がそれぞれ直接真空断熱管８１に接触することを防止し、より温度が高い第２移送往路断熱管８１Ａ及び第２移送復路断熱管８１Ｂから、より温度が低い第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２に熱が侵入することを防止し、第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２内を流動する循環作動媒体の温度が上昇することを防止する。軸方向断面が波型のフレキシブル管は、上述したベロー管のことである。

第２移送往路断熱管８１Ａ及び第２移送復路断熱管８１Ｂ内の真空空間８０は、断熱収納管３０内の真空空間８０に移送配管３６端部で連通している。

第２移送往路管３１、第２移送復路管３２、第２移送往路断熱管８１Ａ、第２移送復路断熱管８１Ｂ、第１移送往路管３３及び第１移送復路管３４は、薄肉銅製で軸方向断面が波型のフレキシブ管等の可撓性を有した熱シールド管８３内に収納される。熱シールド管８３内の空間８５と真空空間８０とは、熱シールド管８３の両端のフランジ８４で隔離されている。第２移送往路管３１、第２移送復路管３２、第２移送往路断熱管８１Ａ、第２移送復路断熱管８１Ｂ、第１移送往路管３３、及び第１移送復路管３４は、フランジ８４を貫通し、貫通部は溶接や銀ろう付けや接着等で気密性を有して一体化され、熱シールド管８３内の空間８５と真空空間８０とを隔離している。

熱シールド管８３内の空間８５内には、熱伝導媒体として、ヘリウムガス等の熱伝導機能を有した気体を封入している。熱伝導媒体として、液体や、粉末を混合した液体や気体を使用しても良い。空間８５内の第１移送往路管３３の外表面には、ポリアミド系合成繊維製等のカバー８６が断熱材として巻きつけられている。

熱シールド管８３の外面には、収納断熱管３０への輻射侵入熱を低減できるよう、多層断熱層であるスーパーインシュレータ３５が全周に巻回されている。

第２移送往路断熱管８１Ａ及び第２移送復路断熱管８１Ｂの両端部にはスリーブ８７が設けられ、このスリーブ８７がフランジ８４両端に溶接等で一体化されている。

断熱収納管３０の両端部にはスリーブ８８が設けられ、そのスリーブ８８の端部には簡易着脱用フランジ８９が設けられている。簡易着脱用フランジ８９は、真空Ｏリング９０を介して、締結用ボルト穴９１を有する真空フランジ９２に一体化された簡易着脱用フランジ９３とクランプ９４で連結されている。真空容器１または低温プローブヘッド１０と真空フランジ９２とは、真空用のフランジ９５ａまたは９５ｂ、真空Ｏリングを介して、真空を確保しながら連結されている。

熱シールド管８３、第２移送往路断熱管８１Ａ及び第２移送復路断熱管８１Ｂは、主に空間８５内の熱伝導媒体を介して、低温の第１移送復路管３４で温度約７８Ｋに冷却される。第２移送往路断熱管８１Ａ及び第２移送復路断熱管８１Ｂは、第２移送往路管３１、第２移送復路管３２の熱シール体として機能し、第２移送往路管３１、第２移送復路管３２への熱侵入を低減する。

係る構成により、熱シールド管８３内において、第２移送往路管３１、第２移送復路管３２、第２移送往路断熱管８１Ａ、第２移送復路断熱管８１Ｂ、第１移送往路管３３、及び第１移送復路管３４がどの位置にあっても、熱シールド管８３、第２移送往路断熱管８１Ａ及び第２移送復路断熱管８１Ｂの温度はほとんど変わらないので、断熱収納管３０を曲げた状態でも良好に第２移送往路断熱管８１Ａ及び第２移送復路断熱管８１Ｂが冷却され、第２移送往路管３１、第２移送復路管３２への熱侵入を低減することができる。

一方、低温プローブヘッド１０内部には輻射シールド４２が設置されている。低温プローブヘッド１０内部は真空であり、真空空間８０と連通していても良い。輻射シールド４２の外側は多層断熱層であるスーパーインシュレータが巻回されており、輻射シールド４２内にある装置類への輻射熱を軽減している。輻射シールド４２は、前置増幅器用熱交換器２１と熱的に接続されており、第１移送往路管３３内の循環作動媒体で低温に冷却される。

図４に低温プローブヘッド１０内部の構造の一例を示す。上述したように、低温プローブヘッド１０内部は、真空であり、輻射シールド４２の外側は多層断熱層であるスーパーインシュレータが巻回されており、輻射シールド４２内にある装置類への輻射熱を軽減している。輻射シールド４２は前置増幅器用熱交換器２１と熱的に接続されている。

また、前置増幅器５１と前置増幅器用熱交換器２１との間はプローブコイル冷却用伝熱部５２を介して熱的に接続されている。プローブコイル５０とコイル冷却用熱交換器１１とは、プローブコイル冷却用伝熱部５２を介して熱的に接続されている。さらに好ましくは、前置増幅器用熱交換器２１は調整回路５４と熱的に接続するとよい。なお、図４においては、プローブコイル５０は照射用と受信用を兼用としたタイプを図示している。プローブコイル５０は照射用と受信用を分けて複数配置してもかまわない。

プローブコイル５０と調整回路５４とは電気的に接続され、調整回路５４と前置増幅器５１とは電気的に接続され、調整回路５４と高周波パルス入力端子５５とは電気的に接続され、前置増幅器５１とＦＩＤ信号出力端子５６とは電気的に接続されている。

高周波パルス磁場をサンプルに照射する場合、低温プローブヘッド１０の外部の高周波電源により発生された高周波パルス電流はＦＩＤ信号出力端子５６を介して調整回路５４を介してプローブコイル５０に入り、磁場としてサンプル管５３内のサンプルに照射される。この際、高周波パルス電流が前置増幅器５１に入力されると前置増幅器５１を破壊するおそれがあるので、調整回路５４は高周波パルス電流が前置増幅器５１に入らないような回路を構成している。サンプルの発するＦＩＤ信号はプローブコイル５０により受信され、調整回路５４に電気信号として入り、前置増幅器５１により増幅され、ＦＩＤ信号出力端子５６を介して低温プローブヘッド１０外部の増幅器、検波器、解析装置等に送られる。

調整回路５４は高周波パルス電流が流れることにより受動的にスイッチングを行う回路でも、外部からのトリガー信号によりスイッチングを行う回路でもかまわない。後者の場合、ＰＩＮダイオードスイッチや機械的高速度スイッチ等を採用する方法が挙げられる。調整回路５４にはＮＭＲ低温プローブヘッド１０内の回路の共鳴周波数やインピーダンス整合を行うための任意のキャパシタやインダクタ等を含むことが望ましい。さらに、一つのプローブコイル５０で多重共鳴、すなわち、一つのコイルで複数の核の共鳴周波数の高周波パルス磁場を発生できるよう、キャパシタやインダクタを含む回路を調整回路５４内に備えてもよい。

なお、調整回路５４及び前置増幅器５１は熱雑音を防ぐために低温に冷却されるが、特に熱雑音を考慮しない場合は常温環境に置いてもよい。また、図４においては、照射用と受信用を一つのプローブコイル５０で動作させていたが、照射用コイルと受信用コイルを別に設置してもかまわない。

本実施例における断熱収納管３０の長さは約３ｍ、直径は約４ｃｍであり、スーパーインシュレータ３５の厚さ、枚数等を最適化した結果、表２に示す侵入熱量であることがわかった。

上述した条件で本実施例を動作させた場合の各部温度の測定結果を図１内に示す。これは、循環作動媒体圧力を圧縮機６の吐出口で１ＭＰａ、圧力調整弁２４の直後で０．３ＭＰａとし、循環作動媒体の流量を０．０８ｇ／ｓで運転した場合の温度測定結果である。図１からわかるようにコイル冷却用熱交換器１１を約５Ｋにまで冷却することが可能であった。これにより、プローブコイル５０を極低温に冷却することができ、Ｑ値とＳ／Ｎ比を向上することが可能であった。また、５Ｋという温度は常圧中での液体ヘリウムの温度である４．２Ｋに近く、照射コイルまたは受信コイルとしてはＹ−１２３系、Ｂｉ−２２２３系またはＢｉ−２２１２系酸化物系超電導体等はもちろん、ＭｇＢ_２、Ｎｂ_３Ａｌ、Ｎｂ_３Ｓｎ、ＮｂＴｉ等の金属系超電導体の安定使用も可能な温度である。

本実施例によれば、第２移送往路管３１、第２移送復路管３２は、別々の第２移送往路断熱管８１Ａ及び第２移送復路断熱管８１Ｂ内に配置され、それぞれの第２移送往路断熱管８１Ａ、第２移送復路断熱管８１Ｂ、第１移送往路管３３及び第１移送復路管３４は、非同軸で熱シールド管８３内に収納されているので、空きスペースを最小にして配置できる。これによって、熱シールド管８３の内径を小さくでき、結果的に断熱収納管３０の外径を小さくできる。したがって、低温の熱シールド管８３の外表面を小さくできるので、室温の断熱収納管３０から輻射熱等で熱シールド管８３に侵入する熱量を小さくできる。これによって、第１移送往路管３３、第１移送復路管３４内の循環作動媒体で冷却される熱シールド管８３、第２移送往路断熱管８１Ａ及び第２移送復路断熱管８１Ｂの壁温をより低温に冷却できる。したがって、第２移送往路断熱管８１Ａ及び第２移送復路断熱管８１Ｂから第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２に輻射熱等で侵入する熱量を小さくできるので、第２移送往路管３１内の循環作動媒体の温度上昇を防止できる。したがって、プローブコイル５０を極低温に冷却できるので、プローブコイル５０を５Ｋにまで冷却することができ、Ｑ値やＳ／Ｎ比をさらに向上できる効果がある。

また、本実施例によれば、断熱収納管３０の外径を小さくできるので断熱収納管３０の曲げ剛性を小さくできる。よって、許容曲げ半径を小さくし、曲げやすくでき、低温プローブヘッド１０の設置室内への配置が自由にでき、設置室が狭い場合でも設置できる効果がある。また、曲げた状態でも良好に第２移送往路断熱管８１Ａ及び第２移送復路断熱管８１Ｂが冷却され、第２移送往路管３１、第２移送復路管３２への熱侵入を低減することができる。このため、プローブコイル５０を極低温に冷却できるのでプローブコイル５０を５Ｋにまで冷却することができ、Ｑ値やＳ／Ｎ比を向上できる効果がある。

また、本実施例によれば、冷却用作動循環作動媒体用の管路への熱侵入量を小さくできるので極低温冷凍機２の冷凍量を小さくでき、これによって極低温冷凍機２の消費電力を小さくして、冷却運転コスト低減できる。

次に、本発明の第２実施例について図５を用いて説明する。図５は本発明の第２実施例の極低温冷却装置における移送配管の端部接続部の断面図である。この第２実施例は、次に述べる点で第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。

この第２実施例では、第１移送往路管３３、第１移送復路管３４、第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２を断熱収納管３０端部で支持もしくは固定する構造となっている。これは、温度が異なるそれぞれの管路が断熱収納管３０端部でより高温の部分に接触し、熱侵入によりそれぞれの管路内の循環作動媒体の温度が上昇することを防止するためである。

それぞれの管路３１〜３４は、室温側の断熱収納管３０の両端部に、簡易着脱用フランジ８９を有するスリーブ８８から支持もしくは固定される。図５は低温プローブヘッド１０側に設けたフランジ９５ｂに取り合うフランジ９２側の支持構造を示している。

熱伝導率が大きな例えば銅で製作した熱シールドフランジ９６は、熱伝導率が小さく且つ高い剛性を有する例えばガラス繊維入りのＦＲＰで製作した第１支持円筒体９７に固定一体化される。第１支持円筒体９７は、その端部をスリーブ８８の内面に接着材等で固定一体化されている。熱シールドフランジ９６には穴９８、９９、１００が設けられ、穴９８には第１移送往路管３３が貫通され、穴９９には第１移送復路管３４が貫通され、穴１００には第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２が貫通される。穴９８と第１移送往路管３３との間には、熱伝導率が小さく且つ高い剛性を有する例えばガラス繊維入りのＦＲＰで製作したスリーブ１０１が挿入されている。穴９８と第１移送往路管３３とスリーブ１０１の接合面は、半田、銀ロー付け、接着等で固定され、熱シールドフランジ９６両面の空間間で気密性を有している。また、穴９９と第１移送復路管３４との接合面は、半田、銀ロー付け、接着等で固定され、熱シールドフランジ９６両面の空間間で気密性を有している。穴１００と第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２とは非接触状態を確保できるよう、穴１００の穴径を大きくしている。

熱シールドフランジ９６には第２支持円筒体１０２がボルトや接着材等で取り付けられている。第２支持円筒体１０２には穴１０４、１０５、１０６、１０７が設けられている。穴１０４、１０５にはそれぞれ第１移送往路管３３及び第１移送復路管３４が貫通され、穴との非接触状態を確保している。穴１０３には第２移送往路管３１が貫通され、第２移送往路管３１と穴とは接合面を半田、銀ロー付け、接着等で固定一体化され、第２支持円筒体１０２の両面の空間間で気密性を有している。

また、第２移送復路管３２も穴１０３と同様な穴（図示せず）に貫通され、第２移送復路管３２とこの穴とは接合面を半田、銀ロー付け、接着等で固定一体化され、第２支持円筒体１０２の両面の空間間で気密性を有している。

熱シールドフランジ９６には、銅網線や銅製のリボン状の板１０９が第１移送復路管３４と熱的に半田等で接続されており、熱シールドフランジ９６は第１移送復路管３４内の循環作動媒体で低温に冷却される。

熱シールドフランジ９６には、熱伝導率の良い銅やアルミニュウム製の熱シールド円筒体１０６，１０７及びフランジ１０８が半田、銀ロー付けや接着剤による接着等で熱的に一体化され、熱シールドフランジ９６で低温に冷却されている。

第１支持円筒体９７、第２支持円筒体１０２及び熱シールド円筒体１０６，１０７の周りには積層断熱材３５を巻きつけ輻射熱を防止している。

この第２実施例によれば、熱シールドフランジ９６は主に熱的に一体化された第一移送往路管３４で冷却されるので、低温に冷却される。したがって、熱シールドフランジ９６から熱伝導率が小さな第２支持円筒体１０２に固定された第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２は、熱シールドフランジ９６を介して間接的に室温部の簡易着脱用フランジ８９から支持固定されるが、室温から第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２への伝導伝熱による侵入熱は、熱シールドフランジ９６でシールドされるので極めて小さくなる効果がある。したがって、低温及び極低温管路を室温部から固定し管路の接触により第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２内の循環作動媒体の温度が上昇することを防止できる効果がある。これによって、プローブコイル５０を極低温に冷却できるので、ＮＭＲ５０を５Ｋにまで冷却することができ、Ｑ値やＳ／Ｎ比を向上できる効果がある。

なお、この第２実施例では図には示していないが、低温プローブヘッド１０側に設けたフランジ９５ｂに取り合うフランジ９２側の支持構造と低温プローブヘッド１０側に設けたフランジ１０９に取り合う低温プローブヘッド１０側取り合いフランジ（図示せず）の端部構造と同一である。

しかし、低温プローブヘッド側と取り合いフランジ側との端部構造において、以下の違いがあっても良い。すなわち、穴９８と第１移送往路管３３とスリーブ１０１の接合面は、半田、銀ロー付けや接着剤による接着等で接着されずに摺動する構造で、かつ、穴９９と第１移送復路管３４の接合面は、半田、銀ロー付けや接着等により固定されずに摺動する構造で、穴１０６、１０７と第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２も貫通し摺動する構造であってもよい。

両端固定の構造においては、第１移送往路管３３、第１移送復路管３４、第２移送往路管３１、第２移送復路管３２、熱シールド管８３は運転時低温になるので、室温の断熱収納管３０の軸方向に熱収縮する。熱収縮量はそれぞれの移送管路で異なる。第１移送往路管３３、第１移送復路管３４、第２移送往路管３１、第２移送復路管３２の両端が固定されると熱収縮量はそれぞれの移送管路で異なるので、断熱収納管３０軸長に移送管路が変形し、温度が異なる部位に移送管路が接触し移送復路管３２内の循環作動媒体の温度が上昇する問題が生じる。

したがって、本構造によれば断熱収納管３０の一方端部では第１移送往路管３３、第１移送復路管３４、第２移送往路管３１、第２移送復路管３２がスリーブ８８からは固定されず、穴９９、１０１、１０３内面を摺動するので、第１移送往路管３３、第１移送復路管３４、第２移送往路管３１、第２移送復路管３２の軸方向熱収縮量が異なっても各移送管は変形することなく、移送復路管３２内の循環作動媒体の温度が上昇することが無いという効果を有する。

次に、本発明の第３実施例について図６を用いて説明する。図６は本発明の第３実施例の極低温冷却装置における移送配管の端部接続部の断面図である。この第３実施例は、次に述べる点で第２実施例と相違するものであり、その他の点については第２実施例と基本的には同一である。

この第３実施例では、スリーブ８８から支持もしくは固定される熱伝導率が小さく且つ高い剛性を有する例えばガラス繊維入りのＦＲＰで製作した第１支持円筒体１１０に、熱伝導率が大きな例えば銅で製作した熱シールドフランジ１１１を接着材等で第１支持円筒体１１に固定一体化されている。スリーブ８８と第１支持円筒体１１０との接合面は、接着材等で固定一体化されている。

熱シールドフランジ１１１には穴１１２、１１３、１１４が設けられている。穴１１２には第１移送往路管３３が貫通され、穴１１３には第１移送復路管３４が貫通され、穴１１４には第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２が貫通されている。穴１１２と第１移送往路管３３との接合面は、半田、銀ロー付けや接着剤による接着等で接着され、熱シールドフランジ１１１両面の空間間で気密性を有している。

また、穴１１３と第１移送復路管３４の接合面は、半田、銀ロー付けや接着剤による接着等で接着され、熱シールドフランジ１１１両面の空間間で気密性を有している。穴１１４と第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２とは非接触状態を確保できるよう、穴１１４の穴径を大きくしている。

熱シールドフランジ１１１には第２支持円筒体１１５が接着材で取り付けられている。この第２支持円筒体１１５には穴１１６が設けられている。穴１１６には第２移送往路管３１が貫通され、第２移送往路管３１と穴とは接合面を半田、銀ロー付け、接着等で固定一体化され、第２支持円筒体１１５の両面の空間間で気密性を有している。

また、第２移送復路管３２も穴１１４と同様な穴（図示せず）に貫通され、第２支持円筒体１１５と同様な第２支持円筒体（図示せず）とは接合面を半田、銀ロー付け、接着等で固定一体化され、第２支持円筒体の両面の空間間で気密性を有している。

熱シールドフランジ１１１には、熱伝導率の良い銅やアルミニュウム製の熱シールド円筒体１１７及び熱シールド円筒体１１８が半田、銀ロー付けや接着剤による接着等で熱的に一体化されて熱シールドフランジ１１１で低温に冷却されている。

この第３実施例によれば、第２支持円筒体を第２移送往復路管３１、３２毎に設けるので、第２支持円筒体の外径を第２移送往復路管３１、３２の外径に合わせて小さくできる。したがって、図５の第２支持円筒体の軸方向断面積に比べ、図６の２個の第２支持円筒体の軸方向断面積を小さくすることができる。したがって、熱シールドフランジ１１１から熱伝導率が小さな第２支持円筒体１１５に固定された第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２は、熱シールドフランジ１１１を介して間接的に室温部の簡易着脱用フランジ８９から支持固定されるが、室温から第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２への伝導伝熱による侵入熱は、２支持円筒体の軸方向断面積を小さくすることができるので、さらに小さくなる効果がある。プローブコイル５０を極低温に冷却できるので、ＮＭＲ５０を５Ｋにまで冷却することができ、Ｑ値やＳ／Ｎ比を向上できる効果がある。

また、この第３実施例によれば、スリーブ８８、第１支持円筒体１１０、熱シールドフランジ１１１及び第２支持円筒体１１５の連結部、及び熱シールドフランジ１１１と第２支持円筒体１１５との貫通部は冶金的や接着剤等で気密性を有して一体化されているため、移送管路内部側と低温プローブヘッド１０に内部とを熱シールドフランジ１１１、熱シールド円筒体１１７及び熱シールド円筒体１１８を配置させて真空隔離することができる。したがって、室温から第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２への伝導伝熱による侵入熱を小さくして移送管路内部側と低温プローブヘッド１０に内部と真空隔離できるので、低温プローブヘッド１０の部品交換の場合に必要となる低温プローブヘッド１０内部の大気開放作業時においても、移送管路内部側を真空の状態のまま保持できる。一般に低温プローブヘッド１０内部の真空空間容積は、真空容器１、移送管路の真空空間容積に比べはるかに小さい。したがって、再度低温プローブヘッド１０内部を低温冷却運転のために真空排気する場合、低温プローブヘッド１０内部のみを真空排気すれば良く、短時間内に真空排気作業を完了し、短時間に低温運転できる効果がある。

次に、本発明の第４実施例について図７を用いて説明する。図７は本発明の第４実施例の極低温冷却装置における移送配管の端部接続部の断面図である。この第４実施例は、次に述べる点で第３実施例と相違するものであり、その他の点については第３実施例と基本的には同一である。

この第４実施例では、低温プローブヘッド１０側に取り合うフランジ９２の真空空間側とスリーブ８８内部とを連通口１１９、１２０とを真空弁１２１を介して配管１２２で連結した構造にある。この第４実施例によれば、真空弁１２１を開にすることにより、第１実施例に示すように真空容器側の真空ポンプ１３０で、真空容器１、断熱収納管３０、低温プローブヘッド１０内を真空排気することができる。

したがって、この第４実施例によれば、低温プローブヘッド１０の部品交換の場合に必要となる低温プローブヘッド１０内部の大気開放作業後の再真空排気作業時においても、真空弁１２１を開にすることにより真空ポンプ１３０で再度低温プローブヘッド１０内部を低温冷却運転のために真空排気することができ、低温プローブヘッド１０専用の磁性部材を有する真空ポンプを、低温プローブヘッド１０を取り付ける超電導磁石の強磁場域内に置かずに済み、かつ低温プローブヘッド１０専用の電気モータを有する真空ポンプを設ける必要が無く真空排気を安全にでき、かつ装置コストを低減できる効果がある。

次に、本発明の第５実施例について図８を用いて説明する。図８は本発明の第５実施例の極低温冷却装置を示す構成図である。この第５実施例は、次に述べる点で第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。

この第５実施例では、低温プローブヘッド１０と移送配管３６との接続部の第１移送往路管３３及び第１移送復路管３４、もしくは第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２の接続部に活性炭等の吸着剤を内蔵した吸着手段である吸着器１２３を、気密性を有したパッキンを用いた分解が可能なネジ式の接続手段（図示せず）で連結する構造にある。

低温プローブヘッド１０と移送管を分離、再組立する際には、循環作動媒体中に作業空間の大気から空気や水分等の不純ガス混入するが、本構造により、循環作動媒体が循環する間に循環作動媒体中の不純ガスは吸着器１２３で吸着することができる。

この第５実施例によれば、不純ガスが低温で固化し、第１移送往路管３３及び第１移送復路管３４、もしくは第２移送往路管３１及び第２移送復路管３２内に蓄積して縮流が生じ、流体抵抗となって循環作動媒体の循環流量が減少することを防止することができる。したがって、循環作動媒体でプローブコイル５０を良好に冷却でき、低温プローブヘッド１０内のプローブコイル５０を温度５Ｋ以下の温度に冷却できるので、コイルの熱雑音も小さく、計測精度を向上させた低温プローブヘッド１０を実現することができる。

吸着器１２３内の不純ガスが飽和状態となると新品との交換が必要となるが、不純ガスが混入するのは、低温プローブヘッド１０の交換時に行う低温プローブヘッド１０と移送管を分離する作業時であるので、その接続部に吸着器１２３を設置することで容易に吸着器１２３を交換することができる効果がある。

なお、以上の実施例では、冷凍機にギフォード・マクマホン式冷凍機を適用する場合で説明したが、適用する冷凍機が他の冷凍機、例えば、パルス管式冷凍機、ソルベー式冷凍機、スターリング式冷凍機、電子式冷凍機、ジュール・ソムソン弁を有する冷凍機等の冷凍機であっても同様の作用、効果を生じる。

また、以上の実施例では、核磁気共鳴測定装置のＮＭＲ受信・照射用のコイルを被冷却体とした場合で説明したが、被冷却体が磁気計測装置のＳＱＵＩＤ素子、コンピュータの電子素子であっても同様の作用、効果を生じる。

本発明の第１実施例の極低温冷却装置を示す構成図である。 図１の極低温冷却装置の移送管の断面図である。 第１実施例の極低温冷却装置における移送配管の端部接続部を示す図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図１の極低温冷却装置の低温プローブヘッドの構成図である。 本発明の第２実施例の極低温冷却装置における移送配管の端部接続部の断面図である。 本発明の第３実施例の極低温冷却装置における移送配管の端部接続部の断面図である。 本発明の第４実施例の極低温冷却装置における移送配管の端部接続部の断面図である。 本発明の第５実施例の極低温冷却装置を示す構成図である。

符号の説明

１…真空容器、２…極低温冷凍機、３…第２冷却ステージ、４…第１冷却ステージ、５…極低温冷凍機用圧縮機、６…圧縮機、７…第２向流式熱交換器、８…第２段熱交換器、１０…低温プローブヘッド、１１…コイル冷却用熱交換器、１２…第１段熱交換器、１３…第１向流式熱交換器、１４…第３向流式熱交換器、２１…前置増幅器用熱交換器、２４、２４ａ、２４ｂ…圧力調整弁、２５…冷媒タンク、３０…収納断熱管（第１ベロー管）、３１…第２移送往路管、３２…第２移送復路管、３３…第１移送往路管、３４…第１移送復路管、３５…スーパーインシュレータ、３６…移送管、５０…プローブコイル、５１…前置増幅器、５２…プローブコイル冷却用伝熱部、５３…サンプル管、５４…調整回路、５５…高周波パルス入力端子、８１Ａ…第２移送往路断熱管（第３ベロー管）、８１Ｂ…第２移送復路断熱管（第４ベロー管）、８２…スペーサ、８３…熱シールド管（第２ベロー管）、８６…カバー、８８…スリーブ、９６…熱シールドフランジ、９６ａ…フランジ、９６ｂ…フランジ、９７…第１支持円筒体、１０２…第２支持円筒体。

Claims (12)

1. 極低温に冷却される被冷却体を内蔵する第１真空容器と、
   温度レベルの異なる複数の冷却ステージを有する冷凍機と、
   前記複数の冷却ステージを内蔵する第２真空容器と、
   前記第１真空容器と前記第２真空容器との間で極低温度の作動媒体を移送する第１移送往路管及び第１移送復路管と、
   前記第１真空容器と前記第２真空容器との間で前記第１移送往路管及び前記第１移送復路管の作動媒体より低い温度レベルの作動媒体を移送する第２移送往路管及び第２移送復路管と、を備える極低温冷却装置において、
   フレキシブル管で形成し且つ内部を真空とした第２移送往路断熱管内に前記第２移送往路管を収納すると共に、フレキシブル管で形成し且つ内部を真空とした第２移送復路断熱管内に前記第２移送復路管を収納し、
   フレキシブル管で形成し且つ内部に気体を封入した熱シールド管内に、前記第１移送往路管、前記第１移送復路管、前記第２移送往路断熱管及び前記第２移送復路断熱管を、非同軸で且つそれぞれ独立して隙間を有するように収納し、
   フレキシブル管で形成し且つ内部を真空とした収納断熱管内に前記熱シールド管を収納した
   ことを特徴とする極低温冷却装置。
2. 請求項１に記載の極低温冷却装置において、前記第２移送往路断熱管、前記第２移送復路断熱管、前記熱シールド管及び前記収納断熱管を軸方向断面が波型のベロー管としたことを特徴とする極低温冷却装置。
3. 請求項１に記載の極低温冷却装置において、前記第２移送往路管を移送される作動媒体の温度レベルを５Ｋ以下として前記被冷却体を約５Ｋ以下に冷却することを特徴とする極低温冷却装置。
4. 請求項１に記載の極低温冷却装置において、前記第２移送往路断熱管、前記第２移送復路断熱管及び前記収納断熱管の内部空間を連通して真空空間としたことを特徴とする極低温冷却装置。
5. 請求項１に記載の極低温冷却装置において、熱シールド管内に封入する気体として熱伝導媒体であるヘリウムガスを用いたことを特徴とする極低温冷却装置。
6. 請求項１に記載の極低温冷却装置において、前記第２移送往路管及び前記第２移送復路管の外周にポリアミド系合成繊維等のスペーサを螺旋状に巻きつけて、前記第２移送往路管及び前記第２移送復路管を、軸方向断面が波型のフレキシブル管で形成された前記第２移送往路断熱管及び前記第２移送復路断熱管の真空空間内にそれぞれ収納したことを特徴とする極低温冷却装置。
7. 請求項１に記載の極低温冷却装置において、前記熱シールド管の外面に多層断熱層であるスーパーインシュレータを全周に巻回して前記熱シールド管を前記収納断熱管内に収納したことを特徴とする極低温冷却装置。
8. 請求項１に記載の極低温冷却装置において、前記収納断熱管の両端部にスリーブを設け、そのスリーブの端部にフランジを設け、このフランジを、真空Ｏリングを介して、前記第１真空容器及び前記第２真空容器に設けられたフランジに連結して前記断熱収納管、前記第１真空容器及び前記第２真空容器のそれぞれの内部の真空空間を連通したことを特徴とする極低温冷却装置。
9. 請求項１に記載の極低温冷却装置において、前記熱シールド管内の気体を封入した空間と、第２移送往路断熱管内の真空空間、第２移送復路断熱管内の真空空間及び前記収納断熱管内の真空空間とを隔離するように、前記熱シールド管の両端にフランジを設けたことを特徴とする極低温冷却装置。
10. 請求項９に記載の極低温冷却装置において、前記第１移送往路管、前記第１移送復路管、第２移送往路管及び第２移送復路管を前記熱シールド管のフランジを貫通して設け、貫通した前記第１移送往路管及び前記第１移送復路管の支持体と、貫通した第２移送往路管及び第２移送復路管に支持体とを別部材としたことを特徴とする極低温冷却装置。
11. 請求項１に記載の極低温冷却装置において、前記第１真空容器内の真空空間側と前記収納断熱管内の真空空間側とを真空弁を介して配管で連結したことを特徴とする極低温冷却装置。
12. 請求項１に記載の極低温冷却装置において、前記第１移送往路管、前記第１移送復路管、第２移送往路管及び第２移送復路管の少なくとも何れかの前記第１真空容器との接続部にガス吸着手段を備えたことを特徴とする極低温冷却装置。
    

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