JP5807960B2 - 磁場発生装置および磁気分光測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁場発生装置に係り、特に磁気二色性測定のような磁気分光測定用などとして有用性の高い磁場発生装置に関し、また、その磁場発生装置を用いた磁気分光測定装置に関する。

磁性体には、マイクロ波からＸ線に至る光の吸収係数や発光効率が偏光方向に対する印加磁化の角度で変化するという性質がある。円偏光の吸収係数や発光効率が右回りと左回りで異なる性質は磁気円二色性（Magnetic Circular Dichroism；ＭＣＤ）と呼ばれ、直線偏光の吸収係数が磁化に平行と垂直で異なる性質は磁気線二色性（Magnetic Linear Dichroism；ＭＬＤ）と呼ばれる。

そして、偏光（円偏光又は直線偏光）にＸ線を用いる場合はＸ線磁気円二色性又はＸ線磁気線二色性と呼ばれ、Ｘ線として軟Ｘ線を用いる場合は軟Ｘ線磁気円二色性又は軟Ｘ線磁気線二色性と呼ばれる。これらの磁気二色性を利用する磁気分光測定（磁気光学測定）は、磁気材料の分析や評価などに用いられている（例えば特許文献１、特許文献２）。

磁気分光測定では、測定対象の試料に対して外部磁場を印加する必要がある。そのため磁気分光測定装置は、磁場発生源を備え、その磁場発生源で得られる磁場空間にセットする試料に偏光を照射できるように構成されている。

図７に示すのは、磁気分光測定装置の代表的な一つである軟Ｘ線磁気円二色性測定装置の従来における構成例の一つである（非特許文献１）。この例の軟Ｘ線磁気円二色性測定装置は、それぞれ主鉄心Ｙａと補助鉄心Ｙｂからなる一対のヨークを有するダブルヨーク型の電磁石Ｍｇを磁場発生源としている。

電磁石Ｍｇは、補助鉄心Ｙｂが先細り状に形成されており、この補助鉄心Ｙｂが真空チャンバＣを貫通して先端部を真空チャンバＣの中心部に臨ませるようにされている。また電磁石Ｍｇは一方のヨークにＸ線入射用パイプＰａが貫通状態で設けられ、他方のヨークにＸ線出射用パイプＰｂが貫通状態で設けられている。

そして、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向の回転操作を可能とするマニピュレータＭａに接続されたクライオチューブＣｒの先端に取り付けて真空チャンバＣの中心部にセットされる試料ＳにＸ線入射用パイプＰａを通して円偏光の軟Ｘ線Ｒを照射できるようにされている。

図８に示すのは、従来における軟Ｘ線磁気円二色性測定装置の構成例の他の一つである（非特許文献２）。この例の軟Ｘ線磁気円二色性測定装置は、液体窒素Ｎで冷却する磁場発生コイルＭｃを磁場発生源としており、磁場発生コイルＭｃを貫通する真空パイプＰの中にセットする試料Ｓに円偏光の軟Ｘ線Ｒを照射できるようにされている。磁場発生コイルＭｃは、パルス磁場方式とされ、２１テスラといった超強力なパルス磁場の発生を可能としている。

特開平５−４５３０４号公報 特開２００７−２４８３１１号公報

中村哲也、"軟Ｘ線磁気円二色性測定による応用磁性材料の磁気評価技術"、[online]、 SPring-8産業利用研究会（第23回）、２００８年３月１９日、[平成２３年１０月３１日検索]、インターネット（URL：www.spring8.or.jp/ext/ja/iuss/htm/text/06file/sp8_indu_appl_mtg-23/2.pdf） 東北大学他、"プレスリリース；世界で初めて超強力磁場中の軟Ｘ線分光実験を実現"、[online]、平成２３年５月３０日、[平成２３年１０月３１日検索]、インターネット（URL：www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv-press20110530_1.pdf）

磁気円二色性測定などの磁気分光測定では、試料に対する外部磁場の印加が重要で、なかでも印加磁場の角度に関する制御性は重要な要素の一つといえる。つまり、試料への外部磁場の印加に関しては、必要な強さの磁場を試料に印加できるという条件下で、印加磁場の角度（磁場方向、磁場ベクトル）の制御性（印加磁場角度の自由度）が加わることが望まれ、印加磁場角度の制御性を加えることで、印加磁場角度を制御できない状態では不可能であった配置での測定を行えるようになって試料について新しい情報を得ることができるようになるなど、磁気分光測定の効用をさらに高めることが期待できるということである。

こうした観点からすると、図７の磁気円二色性測定装置や図８の磁気円二色性測定装置のような従来の磁気分光測定装置は、磁場発生源による発生磁場そのものに対する角度制御性を備えておらず、必ずしも十分でない。

図７の磁気円二色性測定装置は、先細り状の補助鉄心Ｙｂを有するダブルヨーク型の電磁石Ｍｇを磁場発生源とすることで、補助鉄心Ｙｂにより発生磁場を真空チャンバＣの中心部、つまり試料Ｓがセットされる領域に集中させることができ、これにより試料Ｓに対し適切な強さの磁場を印加できる。

しかし、電磁石Ｍｇが発生する磁場は角度が一軸方向に固定的なものである。このため、角度固定の磁場に対してマニピュレータＭａでクライオチューブＣｒ先端の試料Ｓを３軸方向に回転させることができるようにし、その試料回転により試料Ｓへの印加磁場の角度を変えることができるようにしている。この範囲では印加磁場角度について最低限の制御性を確保できているといえる。

しかし、クライオチューブＣｒを介したマニピュレータＭａによる試料Ｓの回転は、印加磁場角度だけでなく試料との関係における偏光方向も同時に同じだけ変化させてしまい、印加磁場角度の制御性としては不十分なものである。

図８の磁気円二色性測定装置は、パルス磁場方式の磁場発生コイルＭｃを磁場発生源とすることで、２１テスラといった超強力なパルス磁場の発生を可能とする。しかし、その持続時間は数ミリ秒程度といったきわめて短いものに限られる。また、磁場発生コイルＭｃが発生する磁場の角度が一軸方向に固定的なものであるという点では図７の磁気円二色性測定装置と同様である。

したがって、印加磁場角度の制御は、図７の磁気円二色性測定装置におけるのと同様に、試料の回転操作に頼らざるを得ず、印加磁場角度と偏光方向を同時に同じだけ変化させてしまうことになり、印加磁場角度の制御性という点で不十分である。

磁気分光測定装置には、以上のような印加磁場角度の制御性に関する問題の他に、小型化の問題もある。磁気分光測定装置の小型化には、磁場発生源の小型化が大きな比重を占める。したがって、適切な強さの磁場を試料に印加できるという条件下で磁場発生源をできるだけ小型にできるようにすることが望まれることになる。

本発明は、以上のような事情を背景にしてなされたものであり、磁気円二色性測定のような磁気分光測定などで必要とされる試料への磁場印加を効果的になせるような磁場の発生を可能としつつ、発生磁場の自由な角度制御を可能とし、さらに小型化も可能とする磁場発生装置の提供を第１の課題とし、またそのような磁場発生装置を用いた磁気分光測定装置の提供を第２の課題としている。

磁場発生装置の一つとして、ベクトルマグネットと呼ばれる装置構造が知られている。ベクトルマグネットは、発生させる磁場の方向を自由に回転させることができる。したがって、ベクトルマグネット構造を利用すれば、磁気分光測定などで求められる印加磁場角度の制御性という要求に応えることが可能性である。

しかし、既存のベクトルマグネット構造の磁場発生装置は、磁気分光測定用の磁場発生源としての機能性を有していない。つまり、磁気分光測定では、磁場発生源による磁場空間に試料の出し入れを行えるとともに、磁場空間にセットされた試料への偏光の照射を行えるようにすることが求められるが、既存のベクトルマグネット構造の磁場発生装置はこうした機能性を有していない。

また、既存のベクトルマグネット構造の磁場発生装置は、いずれも大型であり、磁気分光測定装置の磁場発生源用として求められるような小型化要求を充足させることができない。そこで、本願発明者等は、磁気分光測定装置の小型化要求に応えることのできる装置サイズの範囲内で、磁気分光測定などで必要とされる磁場を発生させ、かつ磁気分光測定などで必要とされる偏光照射などに関する機能性を満足させるためのベクトルマグネット構造について鋭意検討を重ねてきた。

その結果、ベクトルマグネット構造で必要とする複数の超電導ユニットコイルについて互いの間の距離（間隙）をできるだけ小さくすることがきわめて有効であること、そして、そのためには、超電導ユニットコイルをテーパ状とするのが最も有効であることが見いだされた。

本発明では以上のような知見に基づいて上記第１の課題を解決する。したがって、第１の発明では、磁場空間に発生させる磁場の方向を回転可能とする磁場発生装置において、中心部の前記磁場空間を挟んで対向するようにして対で配置されるユニットコイルを複数対備え、前記ユニットコイルは、前記磁場空間に臨む先端側に向けて先細り状態となるテーパ状に形成されていることを特徴としている。

このような磁場発生装置では、各ユニットコイルを隣接するユニットコイル間で密接するような状態にして配置することができる。このため、発生させる磁場を利用するための磁場空間に対して磁場をより効率的に発生させることができるとともに、大幅な小型化が可能となる。また、複数対のユニットコイルにより、ベクトルマグネット構造における磁場方向の自由回転性が得られ、磁気分光測定などにおける試料への印加磁場の角度制御性を高いレベルで実現できる。

磁気分光測定などにおける磁場発生源として求められる要求によりよく応えるには、超電導方式とするのが好ましい。こうしたことから、第２の発明では、上記第１の発明の磁場発生装置について、前記ユニットコイルは、超電導ユニットコイルであることを特徴としている。

超電導ユニットコイルをテーパ状にする構造として有力な一つは、超電導パンケーキコイルを用いる構造である。超電導パンケーキコイルは、テープ状の高温超電導線材を巻き重ねて形成され、円板状を呈する。したがって、外径の異ならせた複数の超電導パンケーキコイルを外径の小さい順で先端側から基端側に向けて配列することで、上述のような隣接超電導ユニットコイル間での密接的な配置を可能とするテーパ状を容易に実現することができる。

こうしたことから、第３の発明では、上記第２の発明の磁場発生装置について、前記超電導ユニットコイルは、外径の異なる複数の超電導パンケーキコイルを備え、前記複数の超電導パンケーキコイルは、外径の小さい順で先端側から基端側に向けて配列されていることを特徴としている。

第４の発明では、上記第３の発明の磁場発生装置について、高熱伝導材で形成されたテーパ状のケーシングを備え、前記複数の超電導パンケーキコイルが前記ケーシングに納められていることを特徴としている。このようにすることにより、超電導ユニットコイルで必要となる冷却を伝導冷却で行うことが可能となり、装置構造の簡素化を図れる。

第５の発明では、上記第４の発明の磁場発生装置について、前記ケーシングは、前記複数の超電導パンケーキコイルにより形成される段々面に対応する段々構造の内周テーパ面を有していることを特徴としている。このようにすることにより、ケーシングを介する伝導冷却の効率を高めることができ、また発生磁場で生じる応力に関する超電導パンケーキコイルの安定性を高めることができる。

磁気分光測定などで必要となる印加磁場角度の制御については、Ｘ−Ｚ面内、Ｘ−Ｙ面内、Ｙ−Ｚ面内のいずれか一つで行えるようにするか、あるいはいずれでも行えるようにするかである。こうしたことから、第６の発明では、上記第１〜第５のいずれかの発明の磁場発生装置について、前記ユニットコイル又は超電導ユニットコイルを２対又は３対有していることを特徴としている。

第７の発明では、上記第２の課題を解決するために、磁気分光測定装置について、試料への磁場印加用の磁場発生源として、上記第１〜第６のいずれかの発明による磁場発生装置を備えていることを特徴としている。

以上のような本発明によれば、磁気分光測定などで必要とされる試料への磁場印加を効果的になせるような磁場の発生を可能としつつ、発生磁場の自由な角度制御を可能とし、さらに小型化も可能とする磁場発生装置が得られる。

一実施例による磁場発生装置の外観構造を示す図である。 図１の磁場発生装置の内部構造を一部断面状態で示す図である。 超電導ユニットコイルの断面構造を示す図である。 ケーシングの断面構造を示す図である。 発生磁場の解析結果を示す図である。 一実施例による軟Ｘ線磁気円二色性測定装置の構成を簡略化して示す図である。 従来の軟Ｘ線磁気円二色性測定装置の一構成例を示す図である。 従来の軟Ｘ線磁気円二色性測定装置の他の構成例を示す図である。

本発明による磁場発生装置は、その発生磁場の特性を活かせる範囲で様々な用途に適用可能であるが、磁気分光測定装置の磁場発生源として特に有用である。したがって、以下では磁気分光測定装置の代表的な一つである軟Ｘ線磁気円二色性測定装置の磁場発生源用である場合の超電導磁場発生装置の例について説明する。

図１と図２に、一実施例による超電導磁場発生装置１の構成を示す。図１は、超電導磁場発生装置１の外観構造を示し、図２は、超電導磁場発生装置１の内部構造を一部断面の状態で示している。超電導磁場発生装置１は、複数、具体的には６個の超電導ユニットコイル２（２ｘａ、２ｘｂ、２ｚａ、２ｚｂ、２ｙａ、２ｙｂ）を組み合わせて形成されている。

６個の超電導ユニットコイル２は、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向に関して２個ずつで対をなすようされている。具体的には、超電導ユニットコイル２ｘａ、２ｘｂがＸ軸方向対となり、超電導ユニットコイル２ｚａ、２ｚｂがＺ軸方向対となり、超電導ユニットコイル２ｙａ、２ｙｂがＹ軸方向対となるようにされている。これら３対６個の超電導ユニットコイル２は、それらで均等的に囲まれる磁場空間３が中心部に形成されるように配列されている。つまり、３対６個の超電導ユニットコイル２は、中心部の磁場空間３を均等的に囲むように配列されている。

より具体的にいうと、Ｘ軸方向対超電導ユニットコイル２ｘａ、２ｘｂは、磁場空間３を挟んでＸ軸上で対向して対となるように配置され、Ｚ軸方向対超電導ユニットコイル２ｚａ、２ｚｂは、磁場空間３を挟んでＺ軸上で対向して対となるように配置され、Ｙ軸方向対超電導ユニットコイル２ｙａ、２ｙｂは、磁場空間３を挟んでＹ軸上で対向して対となるように配置されている。

図３に、超電導ユニットコイル２の断面構造を示す。超電導ユニットコイル２は、ケーシング４の内部に複数、具体的には７個の超電導パンケーキコイル５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ）で形成されるパンケーキコイル集合体６を納めた構成とされている。

図４に、ケーシング４の断面構造を示す。ケーシング４は、いずれも高熱伝導材、具体的には銅材で形成されたベース部材７、カバー部材８、および芯部材９で構成され、全体的にテーパ状となるようにされている。

ベース部材７は、適度な厚みを有する円板状に形成されており、中心部に組付け孔１１が設けられ、周縁部に組付け段部１２が設けられている。

カバー部材８は、ケーシング４における全体的なテーパ状を形成するために、外周テーパ面１３と内周テーパ面１４を有するテーパ筒状に形成され、先端開口１５を有している。このカバー部材８は、基端部を組付け段部１２に嵌め込むようにしてベース部材７にボルト止めなどにより組み付けられる。したがって、カバー部材８は、ベース部材７とともに有底のテーパ体を形成することになる。カバー部材８の外周テーパ面１３は滑らかに形成されている。

一方、内周テーパ面１４は、後述のようなパンケーキコイル集合体６におけるテーパ状の段々面（パンケーキコイル集合体６における７個の超電導パンケーキコイル５により形成される段々面）に対応する段々構造の段々面に形成されている。このことは、ケーシング４を介する後述のような超電導パンケーキコイル５の伝導冷却の効率を高めるのに役立ち、また発生磁場で生じる応力に関する超電導パンケーキコイル５の安定化にも役立つ。

芯部材９は、肉薄の円筒状に形成されており、基端部にフランジ部１６が設けられている。この芯部材９は、組付け孔１１に嵌入させることでベース部材７に組み付けられ、先端がカバー部材８の先端開口１５に臨むようにされている。こうした芯部材９には二つの機能がある。

一つは、後述するような超電導パンケーキコイル５の巻芯（これには直接的に巻芯となる場合と、巻芯用のボビンの支持として間接的に巻芯となる場合がある）としての機能である。他の一つは、外部から磁場空間３に通じる貫通路１７を超電導ユニットコイル２に形成する機能である。芯部材９が形成する貫通路１７は、超電導ユニットコイル２ｘａ、２ｘｂ、２ｚａ、２ｚｂ、２ｙａ、２ｙｂそれぞれの配置関係に応じた様々な役割を負わされる。

本実施例では、超電導ユニットコイル２ｘａと超電導ユニットコイル２ｘｂの貫通路１７は、磁場空間３にセットされる試料（磁気円二色性測定における試料；図示せず）に照射するＸ線の通路の役割を負い、超電導ユニットコイル２ｚａは、磁場空間３を真空状態にする排気のための通路の役割を負い、超電導ユニットコイル２ｙａの貫通路１７は、磁場空間３に試料をセットするための試料導入路の役割を負うようにされ、残りの超電導ユニットコイル２ｚｂと超電導ユニットコイル２ｙｂの貫通路１７は、磁場空間３を目視するためなどに利用する場合とされている。

こうした貫通路１７の役割を果たさせるには、超電導磁場発生装置１を磁気円二色性測定装置に組み込んだ際に、磁気円二色性測定装置における対応構造部に芯部材９を接続することになるが、その接続はフランジ部１６を介してなすことになる。

ここで、パンケーキコイル集合体６を覆うケーシング４は、上述のように銅材で形成され、高い熱伝導性を有する。このようにしたのは、超電導ユニットコイル２を超電導状態に保つのに必要となる超電導ユニットコイル２の冷却を伝導冷却で行えるようにするためである。つまり、高熱伝導性のケーシング４を介した伝導冷却でパンケーキコイル集合体６の冷却をなせるようにし、これにより液体窒素などのような冷媒を不要にして装置構造の簡素化を図れるようにするということである。

こうしたケーシング４を介した伝導冷却については、ケーシング４の内周テーパ面１４と超電導パンケーキコイル５の外周面の間に隙間を生じることのないように銅材によるスペーサ１８を介在させ、さらにケーシング４に納めた状態でパンケーキコイル集合体６にパラフィン含浸を施している。このようにすることで、ケーシング４と超電導パンケーキコイル５の間に真空部位が生じるのを効果的に避けることができ、ケーシング４を介した伝導冷却をより効率的に行えるようになる。

超電導パンケーキコイル５は、テープ状の高温超電導線材を巻き重ねて形成する。具体的には、ケーシング４の芯部材９に重ねた円筒状のボビン１９を巻芯にしてテープ状導体を巻き重ねて形成する。ただし、図３の例では、超電導パンケーキコイル５ａについては、後述のように超電導パンケーキコイル５ｂと外径を同じにしつつ巻数を異ならせるために、芯部材９を直接的に巻芯とするようにしてある。また、超電導パンケーキコイル５は、その高温超電導線材としてイットリウム系を用いて形成している。イットリウム系の高温超電導線材としては、例えばSuper Power社のSCS4050AP（商品名）が好ましい例である。

超電導パンケーキコイル５は、上述のように、超電導パンケーキコイル５ａ〜５ｇとして７個が用いられている。これら７個の超電導パンケーキコイル５ａ〜５ｇは、半田接続で互いに接続され、パンケーキコイル集合体６を形成しており、電流リード２０が超電導パンケーキコイル５ａと超電導パンケーキコイル５ｇのそれぞれに接続されている。また７個の超電導パンケーキコイル５ａ〜５ｇは、それぞれの外径を異ならされている。

具体的には、それぞれの外径に関して、５ａと５ｂ、５ｃと５ｄ、５ｅと５ｆをダブルパンケーキコイル構造としつつ、超電導パンケーキコイル５ａ＝超電導パンケーキコイル５ｂ＜超電導パンケーキコイル５ｃ＝超電導パンケーキコイル５ｄ＜超電導パンケーキコイル５ｅ＝超電導パンケーキコイル５ｆ＜超電導パンケーキコイル５ｇとなるようにされている。

したがって、７個の超電導パンケーキコイル５ａ〜５ｇは、外径の小さい順で先端側（磁場空間３に向く側）から基端側に向けて配列されていることになり、そのためパンケーキコイル集合体６は、先端側に向けて段々面で先細り状態となるテーパ状を呈するようになっている。超電導パンケーキコイル５ａ〜５ｇに上記のような外径関係を与えるには、それぞれの巻数を異ならせる。本実施例における超電導パンケーキコイル５の巻数などの仕様を表１に示す。

以上のような超電導磁場発生装置１は、サイズ的には、例えば超電導ユニットコイル２におけるケーシング４の基端径Ｒが１３４ｍｍ、中心部の磁場空間３の幅Ｗが６５ｍｍ、超電導ユニットコイル２の貫通路１７の径ｒが４０ｍｍといったサイズであり、きわめて小型である。そして、このように小型でありながら、超電導磁場発生装置１は、磁気円二色性測定装置にこれを適用した場合、最大１テスラといった強い磁場を試料に印加可能とする磁場発生能力を有している。

このことには、超電導ユニットコイル２が上述のようなテーパ状であることが大きく関係している。すなわち、テーパ状であることから、図１や図２に見られるように、中心部の磁場空間３を均等的に囲むように配置される各超電導ユニットコイル２を隣接する超電導ユニットコイル間で密接するような状態にすることができる。このため、超電導ユニットコイル２の内部でなく、超電導ユニットコイル２の外部に対しより効率的に磁場を発生させることができる。

つまり、発生させる磁場を利用するための磁場空間３に対して磁場をより効率的に発生させることができ、このことにより磁気円二色性測定で求められる試料への磁場印加能力を満足させることができるようになるということである。

また、超電導磁場発生装置１は、磁場空間３に発生させる磁場の方向を自由に回転させることができる。その磁場方向の回転は、Ｘ軸方向対超電導ユニットコイル２ｘａ、２ｘｂ、Ｚ軸方向対超電導ユニットコイル２ｚａ、２ｚｂ、Ｙ軸方向対超電導ユニットコイル２ｙａ、２ｙｂのそれぞれに流す電流の制御でなされ、したがってきわめて高速になすことができる。

図５に示すのは、Ｘ軸方向対超電導ユニットコイル２ｘａ、２ｘｂとＺ軸方向対超電導ユニットコイル２ｚａ、２ｚｂについての発生磁場の解析結果である。図５の（ａ）は、磁場の回転角度Θ＝０、つまりＸ軸又はＺ軸に平行な磁場とした場合である。この場合は、Ｘ軸方向対超電導ユニットコイル２ｘａ、２ｘｂ又はＺ軸方向対超電導ユニットコイル２ｚａ、２ｚｂのいずれか一方に１７０Ａの電流を流すことで、試料に１テスラの磁場を印加可能な磁場を発生させることができる。

図５の（ｂ）は、磁場の回転角度Θ＝４５°、つまりＸ軸とＺ軸に対して４５°で傾く磁場とした場合である。この場合は、Ｘ軸方向対超電導ユニットコイル２ｘａ、２ｘｂとＺ軸方向対超電導ユニットコイル２ｚａ、２ｚｂのそれぞれに１２０Ａの電流を流すことで、試料に１テスラの磁場を印加可能な磁場を発生させることができる。

以上のことから、Ｘ軸方向対超電導ユニットコイル２ｘａ、２ｘｂ、Ｚ軸方向対超電導ユニットコイル２ｚａ、２ｚｂ、Ｙ軸方向対超電導ユニットコイル２ｙａ、２ｙｂそれぞれの通電値を個別に０〜±１７０Ａの間で変化させることで、磁場方向をきわめて高速に３６０°自由に回転させることができる。したがって、固定のままの試料に対し印加磁場角度をきわめて高速に３６０°自由に変えつつ磁場を印加することができることになり、印加磁場の角度制御性としてきわめて高いものが実現される。

図６に、一実施例による磁気分光測定装置である軟Ｘ線磁気円二色性測定装置２１の構成を簡略化して示す。軟Ｘ線磁気円二色性測定装置２１は、磁場発生源として上述の超電導磁場発生装置１を備えている。超電導磁場発生装置１は、適度に真空状態が保たれるクライオスタット２２に納められており、各超電導ユニットコイル２がそれぞれの芯部材９において磁気円二色性測定装置２１における対応構造部に接続されている。

具体的には以下のとおりである。超電導ユニットコイル２ｙａは、試料（図示せず）を磁場空間３にセットする操作を行うマニピュレータ２３から延びる試料導入管２４が接続され、超電導ユニットコイル２ｚａは、図外の吸引系に連結して磁場空間３を高度な真空状態にするための排気をなす排気管２５に接続され、超電導ユニットコイル２ｘａは、磁場空間３にセットされる試料に照射するＸ線の入射路となるＸ線入射管（これは超電導ユニットコイル２ｘａの後ろに隠れた状態にある）に接続され、超電導ユニットコイル２ｙｂは、横方向から磁場空間３を目視するための横覗き管２６に接続され、超電導ユニットコイル２ｚｂは、縦方向から磁場空間３を目視するための縦覗き管２７に接続されている。なお、図６では、超電導ユニットコイル２ｘｂの図示を省略した状態にしてある。

また、超電導磁場発生装置１は、伝導冷却構造で冷凍機２８と熱的に接続されており、運転中に例えば３０Ｋ程度の温度状態を保てるように、冷凍機２８により伝導冷却で冷却できるようにされている。さらに超電導磁場発生装置１は、コントローラ２９により磁場制御をなせるようにされている。その磁場制御は、上述のように、各超電導ユニットコイル２に流す電流を０〜±１７０Ａの間で変化させるように個々に制御することでなされ、それにより試料に対し磁場角度を３６０°自由に変えつつ磁場を印加することができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、これは代表的な例に過ぎず、本発明はその趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施することができる。例えば、上述の例の磁場発生装置は磁気円二色性測定装置に適用する場合であったが、これに限られるものでなく、上述のような特性の磁場を必要とする用途に広く有用なものとして適用可能である。また、上述の例の磁場発生装置は、超電導ユニットコイルを３対備える場合であったが、これに限られるものでなく、２対とする構造も可能である。

１ 超電導磁場発生装置（磁場発生装置）
２ 超電導ユニットコイル（ユニットコイル）
３ 磁場空間
４ ケーシング
５ 超電導パンケーキコイル
１４ 内周テーパ面
２１ 磁気円二色性測定装置（磁気分光測定装置）

Claims (7)

1. 磁場空間に発生させる磁場の方向を回転可能とする磁場発生装置において、
   中心部の前記磁場空間を挟んで対向するようにして対で配置されるユニットコイルを複数対備え、前記ユニットコイルは、前記磁場空間に臨む先端側に向けて先細り状態となるテーパ状に形成されていることを特徴とする磁場発生装置。
2. 前記ユニットコイルは、超電導ユニットコイルであることを特徴とする請求項１に記載の磁場発生装置。
3. 前記超電導ユニットコイルは、外径の異なる複数の超電導パンケーキコイルを備え、前記複数の超電導パンケーキコイルは、外径の小さい順で先端側から基端側に向けて配列されていることを特徴とする請求項２に記載の磁場発生装置。
4. 前記超電導ユニットコイルは、高熱伝導材で形成されたテーパ状のケーシングを備え、前記複数の超電導パンケーキコイルが前記ケーシングに納められていることを特徴とする請求項３に記載の磁場発生装置。
5. 前記ケーシングは、前記複数の超電導パンケーキコイルにより形成される段々面に対応する段々構造の内周テーパ面を有していることを特徴とする請求項４に記載の磁場発生装置。
6. 前記ユニットコイル又は前記超電導ユニットコイルを２対又は３対有していることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の磁場発生装置。
7. 試料への磁場印加用の磁場発生源として、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の磁場発生装置を備えていることを特徴とする磁気分光測定装置。

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