JP6374265B2

JP6374265B2 - 探査装置

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Publication number: JP6374265B2
Application number: JP2014166304A
Authority: JP
Inventors: 波頭　経裕; 経裕波頭; 晃塚本; 塚本　　晃; 田辺　圭一; 圭一田辺
Original assignee: SUPERCONDUCTING SENSING TECHNOLOGY RESEARCH ASSOCIATION; Japan Oil Gas and Metals National Corp
Current assignee: SUPERCONDUCTING SENSING TECHNOLOGY RESEARCH ASSOCIATION; Japan Oil Gas and Metals National Corp
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2034-08-19
Also published as: JP2016042063A

Description

本発明は、探査装置に関するものであり、例えば、海中および坑井内において使用する耐環境性能、特に４０℃を超える環境で使用する耐熱性能が要求される探査装置に関する。

地下１０００ｍを超える深部探査では、坑井中の水温が上昇し、地下３０００ｍでは２００℃におよぶ環境下でのセンシングが必要となる場合もある。このような環境でのセンシングを可能とするには、内蔵するセンサや電子回路を熱から守る技術が必要となる。例えば、石油増産技術のためのＣＯ_２圧入のモニタリングや、シェールガスのモニタリング、熱水層の探査技術において、耐熱性が重要となる。

従来、高温環境でセンサ及び制御回路を駆動するためには、スーパーインシュレーション（フィルムにアルミ蒸着したもの）などを用いて断熱していた。また、センサや回路部品に耐熱性能を持つものを使用した。

しかしこの技術では資源探査の分野では対応しきれなくなっている。例えば、地下３０００ｍに及ぶ地下探査や、熱水鉱床での探査では、到達温度が２００℃にもおよぶ。

特技懇ｎｏ.２６４，ｐ.９２−ｐ.１００,２０１２．０１

従来、本発明者等は海中および坑井内において使用する超電導量子干渉素子用耐圧容器として、ＣＦＲＰ（ＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃ）を用いた探査装置を用いている（例えば、特願２０１３−１３４８０９号参照）。

図１０は、本発明者が提案している探査装置の概略的構成図であり、ＣＦＲＰを焼結した高耐圧フレーム４１、先端キャップ部材４２及びキャップ部材５４を備えた高耐圧容器内に防振発泡ゲル４３を介して真空断熱ガラスデュワ４４を収容する。この真空断熱ガラスデュワ４４に液体窒素４５を注入し、この液体窒素４５内にプローブ４６の先端に取り付けたＳＱＵＩＤ４７を挿入して浸漬する。

一方、通信ケーブル５２で接続されたＦＬＬ（ＦｌｕｘＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）回路５０や送受信回路５１を備えたＳＱＵＩＤ制御回路４９は、真空断熱ガラスデュワ４４の外に配置するクライオスタット構造を用いている。この構造は十分な耐圧性能を有しており、また、ＳＱＵＩＤ制御回路等の電子回路以外の個々の部品に関しては耐熱温度２５０℃で構成している。

しかし、高耐圧容器を備えた探査装置を２００℃環境に投入した場合、断熱保護されていない電子回路部は容易に１００℃を超え、破損または動作不良となる。電子回路は通常の部品の保証温度が−２０℃〜４０℃である。そのため、通常の４０℃耐熱の電子回路を、環境温度が４０℃を超える環境で使用し続けた場合、電子回路の温度が４０℃以上に上昇し、正常な動作が困難になる。

ここで、図１１及び図１２を参照して、高耐圧容器を備えた耐圧容器を２００℃環境に投入した場合の温度上昇状況を説明する。図１１は、本発明者が提案している探査装置の温度上昇試験の説明図であり、図１０に示した高耐圧容器を用いた探査装置をヒータを備えた加熱炉５５内に挿入して、ヒータの温度を２００℃まで上昇させて、各部の温度上昇を測定する。

図１２は、本発明者が提案している探査装置の温度上昇試験結果の説明図であり、ヒータは約１００分で設定温度の２００℃に到達し、それとともに、高耐圧フレーム、即ち、外壁の温度も約２００分で２００℃に到達する。一方、ＦＬＬ回路部は、約３０分で４０℃を超えてしまう。なお、液体窒素中に浸漬されたＳＱＵＩＤ部が２５０分程度の間は液体窒素の沸点である−１９６℃近傍の温度を維持し、液体窒素の気化による減少と共に温度が上昇する。また、液体窒素の液面の近傍に配置されている断熱材部は活発に液体窒素が蒸発している場合に−４０℃程度まで下がり、その後、周囲の温度上昇にあわせて徐々に温度は上昇し、２００分後には５０℃に達した。このことは、電子回路をガラスデュワ内に内包することで、温度上昇を抑制できることを示唆している。

なお、特に耐熱性能を持たせた素子で電子回路を構成した場合は電子回路の動作温度が―２０℃〜８０℃のものもある。このような特別な仕様の素子を使うことは回路設計の自由度を阻害し、高価となる上、それでも２００℃に耐え得る電子回路の製作は困難である。

したがって、特別仕様の素子を用いることなく４０℃以上の環境温度で電子回路が動作可能な探査装置を実現することを目的とする。

開示する一観点からは、環境温度４０℃以上で使用するセンサと、前記センサを制御する制御回路及び送受信回路を含むセンサ制御回路と、前記センサを液体窒素中に浸漬して収容するとともに、前記センサ制御回路を前記液体窒素の液面より上部に収容する真空断熱容器と、前記真空断熱容器を収容する耐圧外囲器とを有することを特徴とする探査装置が提供される。

開示の探査装置によれば、特別仕様の素子を用いることなく４０℃以上の環境温度で電子回路の動作が可能になる。

本発明の実施の形態の探査装置の説明図である。本発明の実施例１の探査装置の概略的構成図である。本発明の実施例２の探査装置の概略的構成図である。本発明の実施例３の探査装置の概略的構成図である。本発明の実施例４の探査装置の概略的構成図である。本発明の実施例５の探査装置の概略的構成図である。本発明の実施例６の探査装置の概略的構成図である。本発明の実施例７の探査装置の概略的構成図である。本発明の実施例８の探査装置の概略的構成図である。本発明者が提案している探査装置の概略的構成図である。本発明者が提案している探査装置の温度上昇試験の説明図である。本発明者が提案している探査装置の温度上昇試験結果の説明図である。

ここで、図１を参照して、本発明の実施の形態の探査装置を説明する。図１は、本発明の実施の形態の探査装置の説明図である。本発明の探査装置は、環境温度４０℃以上で使用するセンサ８と、センサ８を制御する制御回路及び送受信回路を含むセンサ制御回路９と、液体窒素７を収容する真空断熱容器６と、真空断熱容器６を収容する耐圧外囲器１を有している。本発明においては、センサ８及びセンサ制御回路９は真空断熱容器６内に収容され、センサ８は液体窒素７中に浸漬して収容するとともに、センサ制御回路９は液体窒素７の液面より上部に収容する。なお、センサ８としては、高温超電導ＳＱＵＩＤ（量子干渉計）が典型的なものである。

耐圧外囲器１は、中空円筒状フレーム２と、先端キャップ部材３と後端キャップ部材４を備えている。この中空円筒状フレーム２は、非磁性のものであれば良いが、環境耐圧が１０ＭＰａの部材、特に、ＣＦＲＰ焼結体で形成した中空円筒状フレームが望ましい。また、先端キャップ部材３及び後端キャップ部材４は耐熱温度が２００℃以上の素材で形成することが望ましく、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）剤やＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）、ＲＥＮＹ（結晶性エンジニアリングプラスチック：登録商標）等の耐熱性の高いプラスチックが望ましい。

真空断熱容器６としては、ステンレス製真空断熱デュワでも良いし、ガラス製真空断熱デュワでも良い。ステンレス製真空断熱デュワの場合には、設計形状の自由度が大きいとともに機械的強度は十分であるものの、断熱性が十分ではない。一方、ガラス製真空断熱デュワの場合には断熱性は十分であるもものの、設計形状の自由度が小さいとともに機械的強度が十分ではなく、１００ｃｍ以上の長さのガラス製真空断熱デュワを製造することは困難である。

また、断熱性を高めるために、液体窒素７の液面の上部に断熱材１０を設けても良い。この断熱材１０としてはスタイロフォームやメラミンフォームを用いれば良い。さらに、断熱性を高めるためには、センサ制御回路９の上方及び下方にガラス製の二重管構造の中空円筒状の真空断熱部材を設けても良い。これらのガラスには、パイレックス（登録商標）の他、石英ガラスなどを使用することができる。この場合、真空断熱容器６がガラス製真空断熱デュワの場合には、センサ制御回路９が過剰に冷却される可能性があるので、センサ制御回路９の近傍に温度制御用加熱手段を設けても良い。

また、１００ｃｍ以上の長さの断熱性に優れた真空断熱用器６を形成するためには、２つの真空断熱デュワを用いた分離構造にする。例えば、液体窒素７を収容するガラス製真空断熱デュワに、このガラス製断熱デュワに長軸方向において二重管構造の中空円筒状のステンレス製真空断熱デュワを接続させても良い。この場合には、センサ制御回路９は二重管構造の中空円筒状のステンレス製真空断熱デュワ中に収容する。

或いは、液体窒素７を収容するガラス製真空断熱デュワに、このガラス製断熱デュワに長軸方向に二重管構造の中空円筒状のガラス製真空断熱デュワを溶接により接続しても良い。この場合には、センサ制御回路９は、二重管構造の中空円筒状のガラス製真空断熱デュワ中に収容する。これらの分離構造の場合には、貫通真空断熱デュワの内径をガラス製真空断熱デュワの内径より大きくしても良く、貫通真空断熱デュワ内に蒸発窒素排気管や冷却用冷媒循環管を設ける場合に、配置自由度を大きくすることができる。

真空断熱容器６が長くなると、液体窒素７の液面より上部に収容したセンサ制御回路９の温度が上昇しやすくなる。そこで、センサ制御回路の近傍を通過するように、液体窒素７が気化した蒸発窒素を耐圧外囲器１の外に排出するとともに、センサ制御回路９を冷却する蒸発窒素排出管を設けても良い。

或いは、センサ制御回路９の近傍にセンサ制御回路９を冷却する冷媒を耐圧外囲器１の外から循環供給する回路冷却用冷媒循環管を設けても良い。或いは、最近は２００℃の環境で動作するペルチェ効果素子が登場したので、センサ制御回路９に、ペルチェ効果素子を接触させた状態で固定して必要に応じてセンサ制御回路９を冷却しても良い。なお、センサ制御回路９の近傍が適正動作温度より低い場合には、ペルチェ効果素子に流す電流の向きを逆にして加熱するようにしても良い。

このように、本発明の実施の形態においては、真空断熱容器６の内部にセンサ制御回路９を収容しているので、環境温度が４０℃以上であっても、動作保証温度が−２０℃〜４０℃の通常の電子回路を用いたセンサ制御回路９が適正に動作する。

その結果、高温超電導ＳＱＵＩＤを含む地下資源探査および地中モニタリング用センサが４０℃以上の高温の環境下でも駆動できる高耐圧耐熱クライオスタットを提供することができる。延いては、石油、天然ガス、ＥＯＲ（石油増進回収技術）をはじめとする資源、エネルギー分野へ極めて高い技術的貢献をすることができる。

次に、図２を参照して、本発明の実施例１の探査装置を説明する。図２は本発明の実施例１の探査装置の概略的構成図であり、ＣＦＲＰ焼結体からなる高耐圧フレーム１１に先端キャップ部材１２をネジ嵌合部及びＯリング（いずれも図示は省略）を介して嵌合して高耐圧外囲器を形成する。この高耐圧外囲器内に防振発泡ゲル１３を介してステンレス真空デュワ１４を挿入する。このステンレス真空デュワ１４内に液体窒素１５を注入し、この液体窒素１５中に、プローブ１６の先端に取り付けられたＳＱＵＩＤ１７を浸漬する。

また、液体窒素１５の液面の上部をスタイロフォームを用いた断熱材１８で断熱し、ステンレス真空デュワ１４の断熱材１８より上の領域に、ＦＬＬ回路２０及び送受信回路２１を含むＳＱＵＩＤ制御回路１９を配置して通信ケーブル２２で接続する。次いで、断熱シール材２３を介してキャップ部材２４をネジ嵌合部及びＯリング（いずれも図示は省略）を利用して嵌合する。

このように、本発明の実施例１においては、ステンレス真空デュワ１４の液体窒素１５の液面より上部にＳＱＵＩＤ制御回路１９を収容しているので、環境温度が４０℃以上に上昇しても、ＳＱＵＩＤ制御回路１９の温度を通常の電子回路の動作保証温度である−２０℃〜４０℃に保つことができる。

また、真空断熱容器としてステンレス真空デュワを用いているので、設計形状に自由度があり、取り扱いも容易になる。一方、熱の回り込みはガラスデュワには劣るため、比較的低温環境での使用に向いている。

次に、図３を参照して、本発明の実施例２の探査装置を説明する。図３は本発明の実施例２の探査装置の概略的構成図であり、ＣＦＲＰ焼結体からなる高耐圧フレーム１１に先端キャップ部材１２をネジ嵌合部及びＯリング（いずれも図示は省略）を介して嵌合して高耐圧外囲器を形成する。この高耐圧外囲器内に防振発泡ゲル１３を介してステンレス真空デュワ１４を挿入する。このステンレス真空デュワ１４内に液体窒素１５を注入し、この液体窒素１５中に、プローブ１６の先端に取り付けられたＳＱＵＩＤ１７を浸漬する。

また、液体窒素１５の液面の上部をメラミンフォームを用いた断熱材１８で断熱し、ステンレス真空デュワ１４の断熱材１８より上の領域に、ＦＬＬ回路２０及び送受信回路２１を含むＳＱＵＩＤ制御回路１９を配置して通信ケーブル２２で接続する。次いで、断熱シール材２３を介してキャップ部材２４をネジ嵌合部及びＯリング（いずれも図示は省略）を利用して嵌合する。この時、ＳＱＵＩＤ制御回路１９を上下から挟み込むように、ガラス製の二重管構造で中空円筒状の真空断熱部材２５，２６を設ける。

このように、本発明の実施例２においても、ステンレス真空デュワ１４の液体窒素１５の液面より上部にＳＱＵＩＤ制御回路１９を収容しているので、環境温度が４０℃以上に上昇しても、ＳＱＵＩＤ制御回路１９の温度を通常の電子回路の動作保証温度である−２０℃〜４０℃に保つことができる。

また、ＳＱＵＩＤ制御回路１９を上下から挟み込むように、ガラス製の二重管構造で中空円筒状の真空断熱部材２５，２６を設けて、ＳＱＵＩＤ制御回路１９の配置領域の断熱性を向上している。その結果、環境温度が上昇しても、ＳＱＵＩＤ制御回路１９の温度上昇をより効率的に抑制することができる。

次に、図４を参照して、本発明の実施例３の探査装置を説明するが、この実施例３は上記の実施例２のステンレス真空デュワを真空断熱ガラスデュワに置き換えるとともに、ＳＱＵＩＤ制御回路の近傍にヒータを設けたものである。図４は本発明の実施例３の探査装置の概略的構成図であり、ＣＦＲＰ焼結体からなる高耐圧フレーム１１に先端キャップ部材１２をネジ嵌合部及びＯリング（いずれも図示は省略）を介して嵌合して高耐圧外囲器を形成する。この高耐圧外囲器内に防振発泡ゲル１３を介して真空断熱ガラスデュワ２７を挿入する。この真空断熱ガラスデュワ２７内に液体窒素１５を注入し、この液体窒素１５中に、プローブ１６の先端に取り付けられたＳＱＵＩＤ１７を浸漬する。

また、液体窒素１５の液面の上部をメラミンフォームを用いた断熱材１８で断熱し、真空断熱ガラスデュワ２７の断熱材１８より上の領域に、ＦＬＬ回路２０及び送受信回路２１を含むＳＱＵＩＤ制御回路１９を配置して通信ケーブル２２で接続する。次いで、断熱シール材２３を介してキャップ部材２４をネジ嵌合部及びＯリング（いずれも図示は省略）を利用して嵌合する。この時、ＳＱＵＩＤ制御回路１９を上下から挟み込むように、ガラス製の二重管構造で中空円筒状の真空断熱部材２５，２６を設けるとともに、ＳＱＵＩＤ制御回路１９の近傍に温度制御用ヒータ２８を配置する。

この実施例３においては、上述の実施例１に比べてより環境温度の高い状況で使用することを前提としているので、先端キャップ部材１２としては、耐熱温度が２６０℃のＰＰＳ製の先端キャップ部材を用いる。また、その他の防振発泡ゲル１３や断熱シール材２３等としても、耐熱温度が２００℃以上の素材を用いる。

このように、本発明の実施例３においても、真空断熱ガラスデュワ２７の液体窒素１５の液面より上部にＳＱＵＩＤ制御回路１９を収容しているので、環境温度が４０℃以上に上昇しても、ＳＱＵＩＤ制御回路１９の温度を通常の電子回路の動作保証温度である−２０℃〜４０℃に保つことができる。

但し、断熱性が良好であるため、ＳＱＵＩＤ制御回路１９の配置領域の温度が電子回路の適正動作温度より下がりすぎる虞がある。その場合には、温度制御用ヒータ２８により加熱して、ＳＱＵＩＤ制御回路１９を訂正動作温度の範囲に保つことができる。

次に、図５を参照して、本発明の実施例４の探査装置を説明するが、真空断熱容器を２段階の分離構造にしたものである。図５は本発明の実施例４の探査装置の概略的構成図であり、ＣＦＲＰ焼結体からなる高耐圧フレーム１１に先端キャップ部材１２をネジ嵌合部及びＯリング（いずれも図示は省略）を介して嵌合して高耐圧外囲器を形成する。この高耐圧外囲器内に防振発泡ゲル１３を介して真空断熱ガラスデュワ２９を挿入するとともに、二重管構造の貫通真空断熱ステンレスデュワ３０を真空断熱ガラスデュワ２９の上部に接合する。この真空断熱ガラスデュワ２９内に液体窒素１５を注入し、この液体窒素１５中に、プローブ１６の先端に取り付けられたＳＱＵＩＤ１７を浸漬する。

また、液体窒素１５の液面の上部をメラミンフォームを用いた断熱材１８で断熱し、貫通真空断熱ステンレスデュワ３０内に、ＦＬＬ回路２０及び送受信回路２１を含むＳＱＵＩＤ制御回路１９を配置して通信ケーブル２２で接続する。次いで、断熱シール材２３を介してキャップ部材２４をネジ嵌合部及びＯリング（いずれも図示は省略）を利用して嵌合する。

この実施例４においても、上述の実施例１に比べてより環境温度の高い状況で使用することを前提としているので、先端キャップ部材１２としては、耐熱温度が２６０℃のＰＰＳ製の先端キャップ部材を用いる。また、その他の防振発泡ゲル１３や断熱シール材２３等としても、耐熱温度が２００℃以上の素材を用いる。

真空断熱ガラスデュワは端部のみで内側のガラスと外側のガラスを結合した構造であるため、長さ方向に大型になると強度的に弱くなる。例えば外径５５ｍｍ、内径４０ｍｍのガラスデュワでは、長さ１ｍが限界である。しかし、本発明の実施例４においては、貫通真空断熱ステンレスデュワ３０を用いて分離構造にしているので、１ｍ以上の長い真空断熱容器を作成することができる。

また、分離構造にしているので、メンテナンスが容易になる。また、ＳＱＵＩＤ制御回路１９の配置部とプローブ１６の配置部の断熱容器の径を変えることも容易になり、クライオスタットの設計自由度が広がる。なお、その他の作用効果は上記の実施例１と同様である。

次に、図６を参照して、本発明の実施例５の探査装置を説明するが、真空断熱容器をガラス製の２段階の分離構造にしたものである。図６は本発明の実施例５の探査装置の概略的構成図であり、ＣＦＲＰ焼結体からなる高耐圧フレーム１１に先端キャップ部材１２をネジ嵌合部及びＯリング（いずれも図示は省略）を介して嵌合して高耐圧外囲器を形成する。この高耐圧外囲器内に防振発泡ゲル１３を介して真空断熱ガラスデュワ２９と貫通真空断熱ガラスデュワ３１を溶接部３２で溶接して一体化した真空断熱容器を挿入する。この真空断熱ガラスデュワ２９内に液体窒素１５を注入し、この液体窒素１５中に、プローブ１６の先端に取り付けられたＳＱＵＩＤ１７を浸漬する。

また、液体窒素１５の液面の上部をメラミンフォームを用いた断熱材１８で断熱し、貫通真空断熱ガラスデュワ３１内に、ＦＬＬ回路２０及び送受信回路２１を含むＳＱＵＩＤ制御回路１９を配置して通信ケーブル２２で接続する。次いで、断熱シール材２３を介してキャップ部材２４をネジ嵌合部及びＯリング（いずれも図示は省略）を利用して嵌合する。

この実施例５においても、上述の実施例１に比べてより環境温度の高い状況で使用することを前提としているので、先端キャップ部材１２としては、耐熱温度が２６０℃のＰＰＳ製の先端キャップ部材を用いる。また、その他の防振発泡ゲル１３や断熱シール材２３等としても、耐熱温度が２００℃以上の素材を用いる。

また、真空断熱容器を真空断熱ガラスデュワ２９と貫通真空断熱ガラスデュワ３１とを溶接して形成しているので、１ｍ以上の長さの真空断熱容器を実現することができる。また、上段部を貫通真空断熱ガラスデュワで形成しているので、上記の実施例４に比べてＳＱＵＩＤ制御回路１９の配置部の断熱性をより向上することができる。

次に、図７を参照して、本発明の実施例６の探査装置を説明するが、実施例６は上記の実施例５に蒸発窒素排出管を設けたもので、その他の構造は上記の実施例５と同様である。図７は本発明の実施例６の探査装置の概略的構成図であり、ＣＦＲＰ焼結体からなる高耐圧フレーム１１に先端キャップ部材１２をネジ嵌合部及びＯリング（いずれも図示は省略）を介して嵌合して高耐圧外囲器を形成する。この高耐圧外囲器内に防振発泡ゲル１３を介して真空断熱ガラスデュワ２９と貫通真空断熱ガラスデュワ３１を溶接部３２で溶接して一体化した真空断熱容器を挿入する。この真空断熱ガラスデュワ２９内に液体窒素１５を注入し、この液体窒素１５中に、プローブ１６の先端に取り付けられたＳＱＵＩＤ１７を浸漬する。

この実施例６においては、液体窒素１５が蒸発して低温窒素を高耐圧容器外に排出するための蒸発窒素排出管３３をＳＱＵＩＤ制御回路１９の配置部においてコイル状に巻回した形状にする。蒸発した低温窒素は蒸発窒素排出管３３を通過する途中でＳＱＵＩＤ制御回路１９を適正動作温度に効率的に冷却することができる。なお、蒸発窒素排出管３３の形状は、コイル状に巻回した形状でも、蛇行した形状でも良い。

高温環境でシステムを長時間運用させるためには、断熱とともに廃熱も重要である。ＳＱＵＩＤの場合は否応無しに液体窒素を内包しているが、センサそのものが低温への冷却を必要としない場合でも、液体窒素をあえて内包させ、廃熱に利用することが可能である。ＳＱＵＩＤの場合のように、自然蒸発の窒素を利用する場合の他、温度制御のために液体窒素内にヒータを入れ、強制的に蒸発させて冷却を行うことも可能である。

蒸発窒素排出管３３には銅、アルミ、真鍮など、熱伝導に優れた非磁性金属、またはカーボンチューブなどを用いることができる。さらに、配管を巡らす方法の他、回路に対してノズル構造を設け、効率的に冷却を促すようにしても良い。

次に、図８を参照して、本発明の実施例７の探査装置を説明するが、実施例７は上記の実施例５に外部から冷媒を提供する回路冷却用冷媒循環管を設けたもので、その他の構造は上記の実施例５と同様である。図８は本発明の実施例７の探査装置の概略的構成図であり、ＣＦＲＰ焼結体からなる高耐圧フレーム１１に先端キャップ部材１２をネジ嵌合部及びＯリング（いずれも図示は省略）を介して嵌合して高耐圧外囲器を形成する。この高耐圧外囲器内に防振発泡ゲル１３を介して真空断熱ガラスデュワ２９と貫通真空断熱ガラスデュワ３１を溶接部３２で溶接して一体化した真空断熱容器を挿入する。この真空断熱ガラスデュワ２９内に液体窒素１５を注入し、この液体窒素１５中に、プローブ１６の先端に取り付けられたＳＱＵＩＤ１７を浸漬する。

この実施例７においては、外部から冷媒を循環供給する回路冷却用冷媒循環管３４をＳＱＵＩＤ制御回路１９の配置部においてコイル状に巻回した形状にする。この回路冷却用冷媒循環管３４内に冷媒として純水を循環させることによって、ＳＱＵＩＤ制御回路１９を適正動作温度に効率的に冷却することができる。なお、回路冷却用冷媒循環管３４の形状は、コイル状に巻回した形状でも、蛇行した形状でも良い。

回路冷却用冷媒循環管３４には銅、アルミ、真鍮など、熱伝導に優れた非磁性金属、またはカーボンチューブなどを用いることができる。また、冷媒としては、純水の他に、錆止め材を添加した純水等を用いても良い。

液体窒素に対する断熱性能を向上させれば、それだけ蒸発窒素は少なくなり、回路の冷却を行うために十分な窒素を確保できない場合も生じる。しかし、本発明の実施例７においては、回路冷却用冷媒循環管３４を設けて地上からの冷媒を送り込んで循環させているので、構造的には複雑になるが、最も長時間耐熱性を保証することができる。

次に、図９を参照して、本発明の実施例８の探査装置を説明するが、実施例８は上記の実施例５におけるＳＱＵＩＤ制御回路にペルチェ効果素子を固着したもので、その他の構造は上記の実施例５と同様である。図９は本発明の実施例８の探査装置の概略的構成図であり、ＣＦＲＰ焼結体からなる高耐圧フレーム１１に先端キャップ部材１２をネジ嵌合部及びＯリング（いずれも図示は省略）を介して嵌合して高耐圧外囲器を形成する。この高耐圧外囲器内に防振発泡ゲル１３を介して真空断熱ガラスデュワ２９と貫通真空断熱ガラスデュワ３１を溶接部３２で溶接して一体化した真空断熱容器を挿入する。この真空断熱ガラスデュワ２９内に液体窒素１５を注入し、この液体窒素１５中に、プローブ１６の先端に取り付けられたＳＱＵＩＤ１７を浸漬する。

この実施例８においては、ＦＬＬ回路２０及び送受信回路２１にペルチェ効果素子３５，３６を固着してＦＬＬ回路２０及び送受信回路２１を適宜冷却する。近年、２００℃以上の環境温度下でも動作可能なペルチェ効果素子が登場しているので、このような高温動作可能なペルチェ効果素子を用いることで、２００℃以上の環境温度下においても、ＳＱＵＩＤ制御回路１９を適正動作温度に保持することができる。その結果、長時間耐熱性を保証することができる。

１耐圧外囲器
２中空円筒状フレーム
３先端キャップ部材
４後端キャップ部材
５防振材
６真空断熱容器
７基体窒素
８センサ
９センサ制御回路
１０断熱材
１１，４１高耐圧フレーム
１２，４２先端キャップ部材
１３，４３防振発泡ゲル
１４ステンレス真空デュワ
１５，４５液体窒素
１６，４６プローブ
１７，４７ＳＱＵＩＤ
１８，４８断熱材
１９，４９ＳＱＵＩＤ制御回路
２０，５０ＦＬＬ回路
２１，５１送受信回路
２２，５２通信ケーブル
２３，５３断熱シール材
２４，５４キャップ部材
２５，２６真空断熱部材
２７，２９，４４真空断熱ガラスデュワ
２８温度制御用ヒータ
３０貫通真空断熱ステンレスデュワ
３１貫通真空断熱ガラスデュワ
３２溶接部
３３蒸発窒素排出管
３４回路冷却用冷媒循環管
３５，３６ペルチェ効果素子
５５加熱炉

Claims

環境温度４０℃以上で使用するセンサと、
前記センサを制御する制御回路及び送受信回路を含むセンサ制御回路と、
前記センサを液体窒素中に浸漬して収容するとともに、前記センサ制御回路を前記液体窒素の液面より上部に収容する真空断熱容器と、
前記真空断熱容器を収容する耐圧外囲器と
を有することを特徴とする探査装置。
前記真空断熱容器が、ステンレス製真空断熱デュワであることを特徴とする請求項１に記載の探査装置。
前記真空断熱容器が、ガラス製真空断熱デュワであることを特徴とする請求項１に記載の探査装置。
前記センサ制御回路の上方及び下方に二重管構造で中空円筒状の真空断熱部材を備えていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の探査装置。
前記真空断熱容器が、ガラス製真空断熱デュワであり、前記センサ制御回路の近傍に温度制御用加熱手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の探査装置。
前記真空断熱容器がガラス製真空断熱デュワと、前記ガラス製断熱デュワに長軸方向において接続する二重管構造で中空円筒状のステンレス製真空断熱デュワからなり、
前記センサ制御回路が前記二重管構造で中空円筒状のステンレス製真空断熱デュワ中に収容されることを特徴とする請求項１に記載の探査装置。
前記真空断熱容器がガラス製真空断熱デュワと、前記ガラス製断熱デュワに長軸方向において溶接部により接続する二重管構造の中空円筒状のガラス製真空断熱デュワからなり、
前記センサ制御回路が前記二重管構造で中空円筒状のガラス製真空断熱デュワ中に収容されることを特徴とする請求項１に記載の探査装置。
前記センサ制御回路の近傍を通過し、前記液体窒素が気化した蒸発窒素を前記耐圧外囲器の外に排出するとともに、前記センサ制御回路を冷却する蒸発窒素排出管を有することを特徴とする請求項７に記載の探査装置。
前記センサ制御回路の近傍に配置され、前記センサ制御回路を冷却する冷媒を前記耐圧外囲器の外から循環供給する回路冷却用冷媒循環管を有することを特徴とする請求項７に記載の探査装置。
前記センサ制御回路に、ペルチェ効果素子を接触させた状態で固定したことを特徴とする請求項７に記載の探査装置。
前記センサが、高温超電導量子干渉計であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の探査装置。
前記耐圧外囲器の環境耐圧が、１０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の探査装置。