JP4852678B2 - Superconducting magnet device with room temperature working plane - Google Patents

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本発明は、被測定物に磁場を印加し、これによって、被測定物の物性や、各種検査、試験を行う超伝導磁石装置に関する。   The present invention relates to a superconducting magnet device that applies a magnetic field to an object to be measured, thereby performing physical properties of the object to be measured, various inspections, and tests.

詳しくは、本発明は、クライオスタットを構成する外部壁面を含む外部空間を室温作業空間として利用するもので、外部壁面を、磁場と干渉しない材料によって構成し、この壁面からなる平面に被測定物および関連機器類を設置するようにすることによって、被測定物、および関連機器類を安定に設置し、且つ被測定物の形状、容積によって限定されない室温作業空間を担保し、面一に形成され面全体が利用可能な室温作業平面を備えてなる超伝導磁石装置に関する。ここに室温作業とは、被測定物を室温の状態で試験、測定することを指し、室温作業平面、ないしは空間とは、そのような温度で被測定物を設定するための平面、空間を指しているものである。   Specifically, the present invention uses an external space including an external wall surface that constitutes the cryostat as a room temperature work space, and the external wall surface is formed of a material that does not interfere with a magnetic field, and a measurement object and By installing the related equipment, the object to be measured and the related equipment are stably installed, and the room temperature working space that is not limited by the shape and volume of the object to be measured is secured, and the surface is formed flush. The present invention relates to a superconducting magnet device having a room temperature work plane which can be used as a whole. Here, room temperature work means testing and measuring the object to be measured at room temperature, and a room temperature work plane or space means a plane or space for setting the object to be measured at such temperature. It is what.

超伝導磁石を利用した各種試験、検査等が活発に行われている。試験、検査以外にも、超伝導磁石を利用した磁気分離システムや、分光等磁場中計測、磁場中プロセッシング、磁場マッピング、磁場の効果を示す各種デモンストレーション等において活発に利用されている。従来、この種超伝導磁石装置は、被測定物に磁場を均等に印加するため、超伝導磁石が格納されているクライオスタットによって取り囲まれて接している狭い外部空間を室温作業磁場空間として利用し、この空間に被測定物が設置されていた(非特許文献1、2および特許文献1を参照のこと)。   Various tests and inspections using superconducting magnets are actively conducted. In addition to tests and inspections, it is actively used in magnetic separation systems using superconducting magnets, measurements in magnetic fields such as spectroscopy, processing in magnetic fields, magnetic field mapping, and various demonstrations showing the effects of magnetic fields. Conventionally, this type of superconducting magnet device uses a narrow external space surrounded by and in contact with a cryostat in which a superconducting magnet is stored as a room temperature working magnetic field space in order to apply a magnetic field uniformly to the object to be measured. An object to be measured was installed in this space (see Non-Patent Documents 1 and 2 and Patent Document 1).

クライオスタット内部には超伝導磁石が格納され、冷凍機または冷媒によって冷却されて運転される。磁場を印加して試験を行うのに専ら使用されるクライオスタットは、その格納された超伝導磁石から被測定物に強い磁場を、高い均一性でもって印加するようにするため、超伝導磁石の内側に被測定物を設置する室温作業空間を設けて、それを囲むように形成された中空のハウジングが形成され、このハウジング内に超伝導磁石が格納されている。図4は、超伝導磁石装置の概略を示す断面図であり、超伝導磁石2は、クライオスタット1内に格納され、超伝導磁石の内側を中空とされたクライオスタット1によって囲まれた空間が形成され、この空間を、磁場を利用するための空間である筒状の室温ボア7とし、この室温ボア7に被測定物、関連機器が設置され、室温ボア7のなかでも磁場強度が高く均一な領域を、磁場を利用する空間3としていた。   A superconducting magnet is housed inside the cryostat and is cooled and operated by a refrigerator or a refrigerant. The cryostat, which is used exclusively for testing by applying a magnetic field, applies a strong magnetic field from the stored superconducting magnet to the object to be measured with high uniformity. A room-temperature working space for installing the object to be measured is provided, and a hollow housing formed so as to surround the space is formed, and a superconducting magnet is stored in the housing. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the superconducting magnet device. The superconducting magnet 2 is housed in the cryostat 1, and a space surrounded by the cryostat 1 in which the inside of the superconducting magnet is hollow is formed. The room is a cylindrical room-temperature bore 7 which is a space for using a magnetic field, and an object to be measured and related equipment are installed in the room-temperature bore 7. Is a space 3 using a magnetic field.

被測定物は、上記したようにクライオスタット2によって囲まれた、両端のみが開放された筒状の外部空間、室温ボア7の磁場の高い領域3に配置される。測定に際しては、クライオスタットに格納された超伝導磁石2に通電することによって磁場を発生させ、被測定物(図示外)に磁場を印加し、測定が行われる。このようなクライオスタットを備えた従来の超伝導磁石装置は、通常、超伝導磁石の内側に磁場を利用する室温作業空間を設けることによって、超伝導磁石からの強い磁場がクライオスタット1のハウジングを介して作業空間中心部に設置された被測定物(図示外)に対して高い均一度でもって印加されうる構造を有している点で優れている。しかしながら、その室温作業空間は、両端のみが開放された筒状の狭小な外部空間であった。そのため、測定する際に必ずしも作業が容易ではなく不都合が生じていた。   The object to be measured is arranged in a cylindrical external space surrounded by the cryostat 2 as described above, with only both ends open, and in the region 3 having a high magnetic field in the room temperature bore 7. In the measurement, a magnetic field is generated by energizing the superconducting magnet 2 stored in the cryostat, and the measurement is performed by applying the magnetic field to the object to be measured (not shown). A conventional superconducting magnet apparatus having such a cryostat usually has a room temperature working space that uses a magnetic field inside the superconducting magnet, so that a strong magnetic field from the superconducting magnet is passed through the housing of the cryostat 1. It is excellent in that it has a structure that can be applied with high uniformity to an object to be measured (not shown) installed at the center of the work space. However, the room temperature working space was a cylindrical narrow external space with both ends open. For this reason, the work is not always easy when measuring, causing inconvenience.

K.Watanabe, S.Awaji, J.Sakuraba, K.Watazawa, T.Hasebe, K.Jikihara, Y.Yamada and M.Ishihara: Cryojenic 36 (1996) 1019K. Watanabe, S.M. Awaji, J .; Sakuraba, K .; Watagawa, T .; Hasebe, K.M. Jikihara, Y. et al. Yamada and M.M. Ishihara: Cryogenic 36 (1996) 1019 本河光博、三浦登:丸善実験物理学講座2基礎技術II実験環境技術 p.134−150 平成11年6月25日 丸善株式会社発行Mitsuhiro Motokawa, Noboru Miura: Maruzen Experimental Physics Course 2 Basic Technology II Experimental Environmental Technology p. 134-150 June 25, 1999 Issued by Maruzen Co., Ltd. 特開平6−132567号公報(渡辺和雄ほか3名、「伝導冷却型超電導磁石装置」)Japanese Patent Laid-Open No. 6-132567 (Kazuo Watanabe and three others, "conduction cooling superconducting magnet device")

以上が室温作業空間を備えた従来の測定用超伝導磁石装置の概略であるが、その室温作業平面、室温ボア7は、超伝導磁石の内側に設定されているため、狭小であり、被測定物やその支持材、計測機器等は大きさ、形状に大きな制限を受けていた。一方、測定しようとする被測定物やその支持材、計測機器等は、大きさ、形状は、多岐にわたり、形や大きさも極めて多様であり、上記クライオスタットによって囲われた超伝導磁石装置では、被測定物やその支持材、計測機器等の大きさや、形状はかなりの制約があった。そのため、超伝導磁石装置を利用した測定に作業自体が困難となる事態が発生する不都合が生じ、研究現場においてはこのような不都合を解消することが求められていた。   The above is an outline of a conventional measuring superconducting magnet apparatus having a room temperature working space, but the room temperature working plane and the room temperature bore 7 are set inside the superconducting magnet, and are narrow, and are measured. Objects, their supporting materials, measuring instruments, etc. were severely limited in size and shape. On the other hand, the objects to be measured, their supporting materials, measuring instruments, etc. have a wide variety of sizes and shapes, and the shapes and sizes are extremely diverse. In a superconducting magnet device surrounded by the cryostat, There were considerable restrictions on the size and shape of the object to be measured, its support material, and measuring equipment. For this reason, there is an inconvenience that the operation itself becomes difficult in the measurement using the superconducting magnet device, and it has been demanded to eliminate such an inconvenience at the research site.

本発明は、このような要請に応えようというものである。そのため、本発明者等においては鋭意研究した結果、クライオスタットを備えた超伝導磁石装置において、クライオスタットの開放された外側空間を室温で磁場を利用する空間、として積極的に利用することを想到し、さらに鋭意研究を進めた結果、この発想は、極めて有効であることを見いだしたものである。ここに、クライオスタットの開放された外側空間とは、前示した従来のクライオスタットにおける外側空間、室温ボアは、両端のみが開放された筒状の外部空間であることから、これと区別するために使用したものであって、クライオスタットの周囲外壁を含む外側空間を指しているものと定義される。
すなわち、本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、その構成は以下(1)ないし(7)に記載する通りである。
(1)電流を通電することにより、磁場を室温作業平面に配置した被測定物に印加できる超伝導磁石と、この超伝導磁石を低温に保持し、格納するクライオスタットとを備えた超伝導磁石装置において、クライオスタットの開放側外側空間を室温で磁場を利用する空間とし、その外側空間の少なくとも一部クライオスタット外壁を測定に際して被測定物を設置する室温作業平面として利用し、かつ、前記クライオスタット外壁は、面全体を作業面として確保するため面一に形成し、周囲および中央部は、その内側部分をクライオスタットの内外圧力差、運転前と運転時との温度差、載置物の重力、ならびに被測定物が磁性を示す場合は被測定物が磁場により超伝導磁石の方向に引き寄せられることにより生じる応力による変形を防ぐようにするため肉厚フランジ構造とすると共に、下部構造物によって当接、支持されていることを特徴とする、超伝導磁石装置。
(2)前記被測定物を設置する室温作業平面として使用されるクライオスタット外壁は、磁場と干渉しない材料によって構成され、被測定物により大きな超伝導磁石が発生する磁場を付与するために室温作業平面と超伝導磁石の距離を小さくするようにできる限り薄い板によって設計されていることを特徴とする、(1)に記載する超伝導磁石装置。
(3)前記被測定物を設置する室温作業平面として使用されるクライオスタット外壁に対し、クライオスタット内部に格納される超伝導磁石は、該外壁から間隔をあけて設置され、該外壁と超伝導磁石との間は真空断熱構造とされていることを特徴とする、(1)または(2)に記載する超伝導磁石装置。
(4)前記間隔は1ミリメートル以上20ミリメートル以下とした、(3)に記載する超伝導磁石装置。
(5)前記クライオスタットに備えられた被測定物を設置する室温作業平面は、クライオスタットを任意の方向に向けることによって、任意の方向に向けることを可能とした、(1)ないし(4)の何れかに記載する超伝導磁石装置。
(6)前記室温作業平面が、クライオスタット上部天板に設けられていることを特徴とする、(5)に記載する超伝導磁石装置。
(7)前記室温作業平面が、二面以上設けられていることを特徴とする、(5)に記載する超伝導磁石装置。
The present invention is intended to meet such a demand. Therefore, as a result of earnest research in the present inventors, in the superconducting magnet device provided with the cryostat, conceived to actively use the open outer space of the cryostat as a space using a magnetic field at room temperature, As a result of further intensive research, this idea has been found to be extremely effective. Here, the outer space where the cryostat is opened is the outer space in the conventional cryostat shown above, and the room temperature bore is a cylindrical outer space where only both ends are opened. And is defined as pointing to the outer space including the surrounding outer wall of the cryostat.
That is, the present invention has been made based on the above findings, and the configuration thereof is as described in ( 1) to (7) below.
(1) A superconducting magnet device comprising a superconducting magnet that can apply a magnetic field to an object to be measured placed on a work plane at room temperature, and a cryostat that holds the superconducting magnet at a low temperature and stores it. The open side outer space of the cryostat is a space that uses a magnetic field at room temperature, and at least a portion of the outer space of the cryostat is used as a room temperature work plane for installing a measurement object when measuring , and the cryostat outer wall is The entire surface is formed as a work surface to secure the work surface, and the inner and outer portions of the periphery and center are the pressure difference between the inside and outside of the cryostat, the temperature difference between before and during operation, the gravity of the object, and the object to be measured. When the magnetic field is magnetized, the measurement object should be prevented from being deformed by stress caused by being pulled toward the superconducting magnet by the magnetic field. With a thick flange structure for, characterized in that the abutment is supported by the lower structure, the superconducting magnet apparatus.
(2) A cryostat outer wall used as a room temperature work plane on which the object to be measured is installed is made of a material that does not interfere with the magnetic field, and a room temperature work plane is provided to apply a magnetic field generated by a large superconducting magnet to the object to be measured. The superconducting magnet device according to (1), wherein the superconducting magnet device is designed to be as thin as possible so as to reduce the distance between the magnet and the superconducting magnet.
(3) The superconducting magnet stored inside the cryostat is spaced from the outer wall with respect to the outer wall of the cryostat used as a room temperature work plane on which the object to be measured is installed, and the outer wall, the superconducting magnet, The superconducting magnet device according to (1) or (2) , wherein a vacuum insulation structure is provided between the two .
(4) The superconducting magnet device according to (3) , wherein the interval is 1 mm or more and 20 mm or less.
(5) at room temperature work plane to place the object to be measured provided in the cryostat, by directing the cryostat in any direction, made it possible to be oriented in any direction, either (1) to (4) A superconducting magnet device as described above.
(6) The superconducting magnet device according to (5), wherein the room temperature work plane is provided on a top plate of the cryostat.
(7) The superconducting magnet device according to (5), wherein the room temperature working plane is provided in two or more.

本発明は、クライオスタットの開放された外壁の少なくとも一部を、被測定物が設置される室温作業平面とすることによって、従来のようにクライオスタットによって囲まれた狭小な室温作業空間から開放され、広い室温作業空間を有する超伝導磁石装置を提供することを可能としたものであり、これによって、超伝導磁石装置において広い室温作業空間を確保することに成功したものである。この成功によって、測定される対象に関し、大きさや形状にかなりの制約があった不都合が解消され、磁気を利用した各種研究に今後大きな利便性を与え、今後大いに普及することが期待される。   According to the present invention, at least a part of the open outer wall of the cryostat is a room temperature work plane on which an object to be measured is installed, so that it is opened from a narrow room temperature work space surrounded by the cryostat as in the prior art. The present invention makes it possible to provide a superconducting magnet device having a room temperature working space, and thereby succeeds in securing a wide room temperature working space in the superconducting magnet device. This success eliminates the inconvenience of the size and shape of the object to be measured, which will greatly reduce the inconvenience in the future.

以下、本発明を図面および実施例に基づいて具体的に説明する。但し、本発明は、これらの例によって限定されないことに留意されたい。図1〜図3は、それぞれ本発明の室温作業平面を備えた超伝導磁石装置の態様を示した図(断面図)である。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on the drawings and examples. However, it should be noted that the present invention is not limited by these examples. 1 to 3 are views (cross-sectional views) each showing an aspect of a superconducting magnet device having a room temperature working plane according to the present invention.

図1は、クライオスタットの上部天板1aを被測定物が配置される平面とすることを示した態様を表した装置の断面図を示すものである。この図において、超伝導磁石装置Aは、クライオスタット周囲外壁1と、クライオスタット天板1aとによって容器構造に設定され、天板1aの直下に微少なギャップを介して断熱板(輻射シールド板)として例えばポリエステル等のフィルムの片面にアルミニウムが蒸着され、多層構造に積層してなるスーパーインシュレーション1e、アルミニウム金属、あるいは銅などの熱伝導性の良い非磁性金属から形成された輻射シールド1bが固定され、この輻射シールド1b内に超伝導磁石2、冷凍機1c、冷凍機1cの熱負荷フランジ(冷却ステージ)1c(イ)、(ロ)が格納される。   FIG. 1 is a cross-sectional view of an apparatus showing an aspect showing that an upper top plate 1a of a cryostat is a plane on which an object to be measured is arranged. In this figure, a superconducting magnet device A is set in a container structure by a cryostat peripheral outer wall 1 and a cryostat top plate 1a, and as a heat insulating plate (radiation shield plate) via a small gap directly below the top plate 1a. Aluminum is vapor-deposited on one side of a film such as polyester, and super-insulation 1e formed by laminating in a multilayer structure, a radiation shield 1b formed of a nonmagnetic metal having good thermal conductivity such as aluminum metal or copper is fixed, The superconducting magnet 2, the refrigerator 1c, and the heat load flange (cooling stage) 1c (b), (b) of the refrigerator 1c are stored in the radiation shield 1b.

クライオスタット周囲外壁1とスーパーインシュレーション1eおよび輻射シールド1bとの間には間隔があけられ真空構造とされ、これによって断熱層1dが形成される。さらに、冷凍機1cと輻射シールド1bとに囲まれた空間は、クライオスタット周囲外壁1と輻射シールド1bとに囲まれた空間と通じており真空断熱層1dが形成される。
クライオスタット天板1aは、クライオスタットの中に格納されている超伝導磁石の磁場が減衰せずに被測定物に印加され得るようにできるだけ薄く形成される。クライオスタット天板は、薄く設定される分応力に対して弱い等の欠点があり、これを防ぐ必要がある。本発明においては、応力による変形対策として、クライオスタット天板1aの周辺部と中央部を、肉厚構造のフランジ構造6とし、下部構造部材であるクライオスタット周囲外壁1、クライオスタット天板支持部材5によって支持される構造に設定し、これによって応力による天板の変形を防ぐ構造としている。
A space is provided between the cryostat peripheral outer wall 1 and the super insulation 1e and the radiation shield 1b to form a vacuum structure, thereby forming a heat insulating layer 1d. Furthermore, the space surrounded by the refrigerator 1c and the radiation shield 1b communicates with the space surrounded by the cryostat surrounding outer wall 1 and the radiation shield 1b, and a vacuum heat insulating layer 1d is formed.
The cryostat top plate 1a is formed as thin as possible so that the magnetic field of the superconducting magnet stored in the cryostat can be applied to the object to be measured without being attenuated. The cryostat top plate has drawbacks such as weakness against a set partial stress, and it is necessary to prevent this. In the present invention, as a countermeasure against deformation due to stress, the peripheral portion and the central portion of the cryostat top plate 1a are made into a thick flange structure 6 and supported by the cryostat peripheral outer wall 1 and the cryostat top plate support member 5 which are lower structural members. In this way, the top plate is prevented from being deformed by stress.

さらに、この図1において示された複数段の冷凍機冷却型システムを採用した超伝導磁石装置の場合、クライオスタット天板支持材5は、直下の冷凍機、本例では、1c(イ)に支持されるように構成され、さらに下段のものが上の段にある構造物を支えるように構成される。これらの具体的取り付け構造、固定手段は、周知の取り付け構造、固定手段によって設定されうる。   Further, in the case of the superconducting magnet apparatus employing the multi-stage refrigerator cooling system shown in FIG. 1, the cryostat top plate support material 5 is supported by the refrigerator immediately below, in this example, 1c (A). Further, the lower one is configured to support the structure in the upper stage. These specific attachment structures and fixing means can be set by known attachment structures and fixing means.

すなわち、クライオスタット天板支持部材5を支える冷凍機は、冷凍機1cによって支えられ、クライオスタットの下部は、図示外の冷凍機冷媒ガス源へと連通している。   That is, the refrigerator that supports the cryostat top plate support member 5 is supported by the refrigerator 1c, and the lower portion of the cryostat communicates with a refrigerator refrigerant gas source (not shown).

次に、図2は本発明の別の態様を示している。図1の超伝導磁石を90度回転させて設置した構造、且つ両天板の中央部肉厚部を一つの支持部材5によって補強、支持されている構造に設計されている。その余の機素および機素の配置構造は、図1と基本的に変わらない。この態様によって、被測定物が載置される平面、空間は、広く設定することが出来る。クライオスタットを任意の方向に向けることにより、両天板を任意の方向に向けることが可能となり、単一の天板に比し、被測定物の載置面が増え、室温測定作業の能率が向上する。ただし、両天板の中、どちらかの天板もしくは両天板に置かれる被測定物は天板から落下するので、その場合、図示しない固定手段によって被測定物を固定すればよい。   Next, FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. The superconducting magnet shown in FIG. 1 is installed by rotating it 90 degrees, and the central thick part of both top plates is designed to be reinforced and supported by a single support member 5. The remaining elements and the arrangement structure of the elements are basically the same as in FIG. By this aspect, the plane and space on which the object to be measured is placed can be set widely. By directing the cryostat in any direction, it is possible to point both tops in any direction, increasing the surface for placing objects to be measured and improving the efficiency of room temperature measurement work compared to a single top. To do. However, since the object to be measured placed on either one of the top plates or both the top plates falls from the top plate, in this case, the object to be measured may be fixed by fixing means (not shown).

図3は、本発明の室温作業平面を備えた超伝導磁石装置の概念図である。クライオスタットは、一つの容器構造とされ、超伝導磁石2が格納、設置される。超伝導磁石2が冷凍機で冷却される場合は、超伝導磁石の端面2aと、クライオスタットAの外壁1、および天板1aとの間は、ギャップが設けられ真空に保持される。また、超伝導磁石が冷媒に浸漬されて冷却するシステムを採用している場合は、クライオスタットAは、内部の冷媒が逸散しないシール構造が付され、あるいは断熱機構や回収機構等の保持機構が付加される。何れの冷却システムを採用するにしても、被測定物の設置位置は、両天板1aの上に設定され得、開放された広い室温作業面を確保しうる構造を有している。   FIG. 3 is a conceptual diagram of a superconducting magnet apparatus having a room temperature working plane according to the present invention. The cryostat has a single container structure in which the superconducting magnet 2 is stored and installed. When the superconducting magnet 2 is cooled by a refrigerator, a gap is provided between the end surface 2a of the superconducting magnet, the outer wall 1 of the cryostat A, and the top plate 1a, and is maintained in a vacuum. In addition, when a system in which the superconducting magnet is immersed and cooled in the refrigerant is employed, the cryostat A is provided with a seal structure that does not dissipate the internal refrigerant, or has a holding mechanism such as a heat insulation mechanism or a recovery mechanism. Added. Regardless of which cooling system is adopted, the installation position of the object to be measured can be set on both top plates 1a, and has a structure that can secure a wide open room temperature working surface.

次に図1に示した本発明の超伝導磁石装置の作動要領を、実施例に基づいて説明する。図1において、室温作業平面4を含む空間を、磁場を利用する空間3とし、そこに磁場を印加する対象、被測定物が設置される。本例の超伝導磁石装置Aは、超伝導磁石2が、クライオスタット1内に格納され、同じくクライオスタット1内に設置された冷凍機(図1中、1c)によって支持され、超伝導磁石2を冷却して運転するシステムによる、冷凍機冷却方式の超伝導磁石装置である。   Next, the operating procedure of the superconducting magnet apparatus of the present invention shown in FIG. 1 will be described based on an embodiment. In FIG. 1, a space including the room temperature work plane 4 is a space 3 that uses a magnetic field, and an object to be magnetically applied and an object to be measured are installed therein. In the superconducting magnet apparatus A of this example, the superconducting magnet 2 is housed in the cryostat 1 and supported by a refrigerator (1c in FIG. 1) installed in the cryostat 1 to cool the superconducting magnet 2. It is a superconducting magnet device of the refrigerator cooling system by a system that operates in the same manner.

クライオスタット天板1aは、磁場と干渉しない、例えば薄いステンレス鋼板によって構成される。この薄いステンレス鋼板平面には、クライオスタット内外の圧力差、温度差、あるいは、設置される測定物や関連機器の重力、ならびに被測定物が磁性を示す場合、被測定物が磁場による超伝導磁石方向に引き寄せられる力、によって平面を変形させる応力が作用し、該平面を変形させる。本発明では、この変形を防ぐために、クライオスタット天板1aの中央部および外周部6にはそれぞれ肉厚フランジ設計とし、下部構造物によって支持させる構造によって解決した。外周部は、下部のクライオスタット1のフランジ継ぎ手によって支持され、中央部は冷凍機によって支持されたクライオスタット天板支持材5によって支持されるように設定した。   The cryostat top plate 1a is made of, for example, a thin stainless steel plate that does not interfere with a magnetic field. This thin stainless steel plate has a pressure difference between the inside and outside of the cryostat, a temperature difference, or the gravity of the measurement object or related equipment to be installed, and the direction of the superconducting magnet due to the magnetic field when the object to be measured shows magnetism. A stress that deforms the plane is exerted by a force attracted to the plane, and the plane is deformed. In the present invention, in order to prevent this deformation, the central portion and the outer peripheral portion 6 of the cryostat top plate 1a are each made of a thick flange design and solved by a structure that is supported by a lower structure. The outer peripheral portion was supported by a flange joint of the lower cryostat 1 and the center portion was set to be supported by a cryostat top plate support material 5 supported by a refrigerator.

クライオスタット天板支持材5は、超伝導磁石2を冷却する冷凍機によって支持される。この冷凍機としては、多段に配列した多段型冷凍機冷却システムを採用することができる。その場合、上段のものは下段の冷凍機によって支持されるように設定される。本例では、クライオスタット天板支持材5は、冷凍機2段熱負荷フランジ(冷凍機2段冷却ステージ、とも称されている)1c(ロ)によって支持され、輻射シールド1bによって冷却される一方、室温にあるクライオスタット天板1aを支持している。よって、クライオスタット天板支持材5は、室温にあるクライオスタット天板1aおよび冷凍機2段熱負荷フランジより高温にある冷凍機1段熱負荷フランジ(冷凍機1段冷却ステージ)1c(イ)からの熱浸入を防止するために、できる限り熱伝導率の小さな材料によって構成され、超伝導磁石2の温度上昇を抑える。   The cryostat top plate support 5 is supported by a refrigerator that cools the superconducting magnet 2. As this refrigerator, a multistage refrigerator cooling system arranged in multiple stages can be employed. In that case, the upper one is set to be supported by the lower refrigerator. In this example, the cryostat top plate support 5 is supported by a refrigerator 2 stage heat load flange (also called a refrigerator 2 stage cooling stage) 1c (b) and cooled by the radiation shield 1b, The cryostat top plate 1a at room temperature is supported. Therefore, the cryostat top plate support 5 is supplied from the cryostat top plate 1a at room temperature and the refrigerator 1 stage heat load flange (refrigerator 1 stage cooling stage) 1c (b) at a higher temperature than the refrigerator 2 stage heat load flange. In order to prevent thermal intrusion, it is made of a material having as low a thermal conductivity as possible, and suppresses the temperature rise of the superconducting magnet 2.

被測定物が設置される作業平面の応力による変形を防ぐ手段は前述した通りであるが、作業平面となるクライオスタット天板1aは、熱膨張係数が正の材料のクライオスタット天板支持材5を用いて、設計温度にまで冷却された時に平坦である様にするため、室温においては、クライオスタット天板支持材5に押され凸面とされ、冷却によって収縮し、平面となる。   The means for preventing deformation due to stress on the work plane on which the object to be measured is installed is as described above. The cryostat top board 1a serving as the work plane uses the cryostat top board support material 5 having a positive thermal expansion coefficient. Then, in order to be flat when cooled to the design temperature, at room temperature, it is pushed by the cryostat top plate support material 5 to become a convex surface, shrinks by cooling, and becomes a flat surface.

このクライオスタット天板1aがクライオスタット天板支持材5の熱収縮により変形する範囲は、クライオスタット天板1aが弾性的に振る舞える領域に限る。超伝導磁石2への熱侵入を、運転可能なレベルにまで低減するために、輻射シールド1b、真空断熱層1d、スーパーインシュレーション1eが設置される。超伝導磁石端面2aと室温作業平面4との間隔が小さい程、室温作業平面4で得られる磁場の強度は高くなるが、輻射シールド1b、スーパーインシュレーション1e、クライオスタット天板支持材5は、超伝導磁石2や超伝導磁石巻枠2bと接触することがないように設置される。   The range in which the cryostat top plate 1a is deformed by the thermal contraction of the cryostat top plate support member 5 is limited to a region where the cryostat top plate 1a can behave elastically. In order to reduce the heat penetration into the superconducting magnet 2 to an operable level, a radiation shield 1b, a vacuum heat insulating layer 1d, and a super insulation 1e are installed. The smaller the distance between the superconducting magnet end surface 2a and the room temperature work plane 4, the higher the strength of the magnetic field obtained on the room temperature work plane 4, but the radiation shield 1b, super insulation 1e, cryostat top plate support 5 It is installed so as not to come into contact with the conductive magnet 2 or the superconductive magnet winding frame 2b.

次に、図2に示した態様の作動要領について説明するが、基本的には、実施例1と同様であり変わることがない。
図2において、室温作業平面4を含む空間を、磁場を利用する空間3とし、この平面に磁場を印加する対象を設置する。本例においては、室温作業平面4が2面あり、磁場を利用する空間3が超伝導磁石2の両側に存在する。本例の超伝導磁石装置は、クライオスタット1に設置された冷凍機1cにより、格納された超伝導磁石2を冷却して運転されるタイプ、すなわち、冷凍機冷却方式による超伝導磁石装置である。
Next, the operating procedure of the embodiment shown in FIG. 2 will be described. Basically, it is the same as the first embodiment and does not change.
In FIG. 2, a space including the room temperature work plane 4 is a space 3 that uses a magnetic field, and a target to which a magnetic field is applied is placed on this plane. In this example, there are two room temperature working planes 4, and a space 3 using a magnetic field exists on both sides of the superconducting magnet 2. The superconducting magnet device of this example is a type in which the stored superconducting magnet 2 is cooled by a refrigerator 1c installed in the cryostat 1, that is, a superconducting magnet device using a refrigerator cooling system.

クライオスタット天板1aに作用する応力により、室温作業平面4が変形するのを防止するためには、クライオスタット天板支持材5およびクライオスタット天板1aの外周部に肉厚のフランジによる外周支持構造6が形成される。その場合、クライオスタット天板支持材5は、熱膨張係数が正の材料を用いて、冷却による熱収縮分を考慮してその長さを調製する。この変形防止用クライオスタット天板支持材5は、冷凍機1段熱負荷フランジ(冷凍機1段冷却ステージ)1c(イ)に設置された輻射シールド1bによって冷却、支持されている一方、室温にあるクライオスタット天板1aを支持している。よって、この天板支持材5は、冷凍機1段熱負荷フランジ(冷凍機2段冷却ステージ)1c(イ)より高温にある室温のクライオスタット天板1aからの熱浸入を防止するために、できる限り熱伝導率の小さな材料を使用し、超伝導磁石2の温度上昇を抑えるようにしている。   In order to prevent the room temperature work plane 4 from being deformed by the stress acting on the cryostat top plate 1a, the outer peripheral support structure 6 with thick flanges is provided on the outer periphery of the cryostat top plate support member 5 and the cryostat top plate 1a. It is formed. In that case, the cryostat top plate support material 5 is made of a material having a positive thermal expansion coefficient, and its length is adjusted in consideration of the thermal contraction due to cooling. The deformation-preventing cryostat top plate support 5 is cooled and supported by a radiation shield 1b installed on a refrigerator 1-stage heat load flange (refrigerator 1-stage cooling stage) 1c (b), while at room temperature. The cryostat top plate 1a is supported. Therefore, this top plate support material 5 can be used to prevent the heat penetration from the cryostat top plate 1a at room temperature, which is higher than the refrigerator 1 stage heat load flange (refrigerator 2 stage cooling stage) 1c (b). As much as possible, a material having a low thermal conductivity is used to suppress the temperature rise of the superconducting magnet 2.

クライオスタット天板1aは、クライオスタット天板支持材5が設計温度にまで冷却された時に平坦である様にするため、室温においては、クライオスタット天板支持材5に押され凸面となっている。クライオスタット天板1aがクライオスタット天板支持材5の熱収縮により変形する範囲は、クライオスタット天板1aが弾性的に振る舞える領域に限る。超伝導磁石2への熱侵入を、運転可能なレベルにまで低減するために、輻射シールド1b、真空断熱層1d、スーパーインシュレーション1eが設置される。超伝導磁石端面2aと室温作業平面4の間隔が小さい程、室温作業平面4で得られる磁場の強度は高くなるが、輻射シールド1b、スーパーインシュレーション1e、クライオスタット天板支持材5は、超伝導磁石2や超伝導磁石巻枠2bと接触することがないように設置する。これらの設計態様は、図1に基づいて説明した実施例1と基本的に変わることはない。   The cryostat top board 1a is pressed by the cryostat top board support material 5 at a room temperature so as to be flat when the cryostat top board support material 5 is cooled to the design temperature. The range in which the cryostat top plate 1a is deformed by the thermal contraction of the cryostat top plate support material 5 is limited to the region where the cryostat top plate 1a can behave elastically. In order to reduce the heat penetration into the superconducting magnet 2 to an operable level, a radiation shield 1b, a vacuum heat insulating layer 1d, and a super insulation 1e are installed. The smaller the distance between the superconducting magnet end surface 2a and the room temperature work plane 4, the higher the strength of the magnetic field obtained on the room temperature work plane 4, but the radiation shield 1b, super insulation 1e, and cryostat top plate support 5 are superconductive. It is installed so as not to come into contact with the magnet 2 or the superconducting magnet winding frame 2b. These design aspects are basically the same as those of the first embodiment described with reference to FIG.

近年、磁場を利用した技術開発は、活発化しており、利用分野も多岐にわたっている。とりわけ、磁場を利用した測定技術は、今や基本的な測定技術の一つとして定着し、重要となってきた。被測定物も多様化し、様々な形状や大きさのものを測定することが求められている。本発明は、このような要請に応えるものであり、今後、大いに利用され普及することが期待される。   In recent years, technological development using a magnetic field has become active, and the fields of use have been diverse. In particular, a measurement technique using a magnetic field has become established and important as one of the basic measurement techniques. The objects to be measured are also diversified, and it is required to measure various shapes and sizes. The present invention meets such a demand and is expected to be widely used and spread in the future.

本発明の室温作業平面を備えた超伝導磁石装置の態様例1を示す図。The figure which shows the example 1 of an aspect of the superconducting magnet apparatus provided with the room temperature work plane of this invention. 本発明の室温作業平面を備えた超伝導磁石装置の態様例2を示す図。The figure which shows the example 2 of an aspect of the superconducting magnet apparatus provided with the room temperature work plane of this invention. 本発明の室温作業平面を備えた超伝導磁石装置の概念的に説明する図。The figure explaining notionally the superconducting magnet apparatus provided with the room temperature work plane of this invention. 従来の室温作業平面を備えた超伝導磁石装置を示す図。The figure which shows the superconducting magnet apparatus provided with the conventional room temperature work plane.

符号の説明Explanation of symbols

1.クライオスタット
1a.クライオスタット天板
1b.輻射シールド、1c.冷凍機
1c(イ)冷凍機1段熱負荷フランジ(冷凍機1段冷却ステージ)
1c(ロ)(冷凍機2段冷却ステージ)
1d.断熱真空層
1e.スーパーインシュレーション
2.超伝導磁石
2a.超伝導磁石端面
2b.超伝導磁石巻枠
3.磁場を利用する空間
4.室温作業平面
5.クライオスタット天板支持材
6.クライオスタット天板外周支持構造
7.室温ボア
1. Cryostat 1a. Cryostat top plate 1b. Radiation shield, 1c. Refrigerator 1c (I) Refrigerator 1 stage heat load flange (Refrigerator 1 stage cooling stage)
1c (b) (refrigerator two-stage cooling stage)
1d. Insulating vacuum layer 1e. Super insulation 2. Superconducting magnet 2a. Superconducting magnet end face 2b. Superconducting magnet reel 3. 3. Space using magnetic field 4. Room temperature working plane 5. Cryostat top plate support material 6. Cryostat top plate outer periphery support structure Room temperature bore

Claims (7)

電流を通電することにより、磁場を室温作業平面に配置した被測定物に印加できる超伝導磁石と、この超伝導磁石を低温に保持し、格納するクライオスタットとを備えた超伝導磁石装置において、クライオスタットの開放側外側空間を室温で磁場を利用する空間とし、その外側空間の少なくとも一部クライオスタット外壁を測定に際して被測定物を設置する室温作業平面として利用し、かつ、前記クライオスタット外壁は、面全体を作業面として確保するため面一に形成し、周囲および中央部は、その内側部分をクライオスタットの内外圧力差、運転前と運転時との温度差、載置物の重力、ならびに被測定物が磁性を示す場合は被測定物が磁場により超伝導磁石の方向に引き寄せられることにより生じる応力による変形を防ぐようにするため肉厚フランジ構造とすると共に、下部構造物によって当接、支持されていることを特徴とする、超伝導磁石装置。 In a superconducting magnet apparatus comprising a superconducting magnet capable of applying a magnetic field to an object to be measured placed on a work plane at room temperature and a cryostat for storing and storing the superconducting magnet at a low temperature, a cryostat is provided. The open side outer space is a space that uses a magnetic field at room temperature, and at least a part of the outer space of the outer space is used as a room temperature work plane for installing an object to be measured , and the cryostat outer wall The inner and outer parts of the periphery and the central part are formed to be the same as the work surface, the pressure difference between the inside and outside of the cryostat, the temperature difference between before and during operation, the gravity of the mounted object, and the object to be measured are magnetized. In order to prevent deformation due to stress caused by the object to be measured being pulled toward the superconducting magnet by a magnetic field. With a thickness flange structure, abutting by the lower structure, characterized in that it is supported, the superconducting magnet apparatus. 前記被測定物を設置する室温作業平面として使用されるクライオスタット外壁は、磁場と干渉しない材料によって構成され、被測定物により大きな超伝導磁石が発生する磁場を付与するために室温作業平面と超伝導磁石の距離を小さくするようにできる限り薄い板によって設計されていることを特徴とする、請求項1に記載する超伝導磁石装置。   The cryostat outer wall used as a room temperature work plane on which the object to be measured is installed is made of a material that does not interfere with the magnetic field, and the room temperature work plane and the superconductivity are provided to give a magnetic field generated by a large superconducting magnet to the object to be measured The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the superconducting magnet device is designed with a plate as thin as possible so as to reduce a distance between the magnets. 前記被測定物を設置する室温作業平面として使用されるクライオスタット外壁に対し、クライオスタット内部に格納される超伝導磁石は、該外壁から間隔をあけて設置され、該外壁と超伝導磁石との間は真空断熱構造とされていることを特徴とする、請求項1または2に記載する超伝導磁石装置。 The superconducting magnet housed inside the cryostat is placed at a distance from the outer wall with respect to the outer wall of the cryostat used as a room temperature work plane on which the object to be measured is placed, and there is a gap between the outer wall and the superconducting magnet. characterized in that it is vacuum insulated superconducting magnet apparatus according to claim 1 or 2. 前記間隔は1ミリメートル以上20ミリメートル以下とした、請求項に記載する超伝導磁石装置。 The superconducting magnet device according to claim 3 , wherein the interval is 1 mm or more and 20 mm or less. 前記クライオスタットに備えられた被測定物を設置する室温作業平面は、クライオスタットを任意の方向に向けることによって、任意の方向に向けることを可能とした、請求項1ないしの何れか1項に記載する超伝導磁石装置。 RT working plane to place the object to be measured provided in the cryostat, by directing the cryostat in any direction, made it possible to be oriented in any direction, according to any one of claims 1 to 4 Superconducting magnet device. 前記室温作業平面が、クライオスタット上部天板に設けられていることを特徴とする、請求項に記載する超伝導磁石装置。 6. The superconducting magnet device according to claim 5 , wherein the room temperature working plane is provided on a cryostat upper top plate. 前記室温作業平面が、二面以上設けられていることを特徴とする、請求項に記載する超伝導磁石装置。 The superconducting magnet device according to claim 5 , wherein the room temperature work plane is provided in two or more surfaces.
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