JPH0298980A - 超電導特性観測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、超電導現象を、比較的簡単構成の装置で、複
数の人が直接目視で確認しながら実験をすることができ
るものである。

〈従来の技術〉 超電導現象の大きな特徴は、電気抵抗がその臨界温度Ｔ
ｃ以下の低温でゼロになるということと、マイスナー効
果やジョセフンン効果などである。

これら２つの現象を観測しながら実験するだめの従来技
術としては、種々のタイプのクライオスタットを用いた
大がかりな冷却装置の内部に電磁コイルを取り付は冷却
装置内の試料に磁界を印加する方法や、超電導材料に電
流及び電圧電極を設けたものを直接現在の超電導体のＴ
ｃ以下にできる液体窒素に浸すことにより、ゼロ抵抗を
確認する方法、液体窒素にしばらく浸して液体窒素温度
にした超電導材料を磁石の上へ浮上させることによりマ
イスナー効果を確認する方法があった。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、上述のフライオスタクトを用いた冷却装置と電
磁コイルを一体化したものでは装置が大がかりで、多く
の人々が簡便に超電導現象を観察することができなかっ
た。また超電導材料に電流及び電圧Ｎ極を設けたものを
液体窒素に浸す方法では、該超電導材料の温度が急激に
低下し室温からの温度低下に対応する電気抵抗の温度変
化が測定できず、また該超電導材料の熱平衡状態を保つ
ことが難しくその温度を正確に測定できなかった。

さらに上述のマイスナー効果観測方法では、超電導材料
の温度が短時間に上がっていくためマイスナー効果によ
る浮上を長時間維持することが不可能であった。また超
電導材料や周辺の容器に霜がつくと透明度が下がり明瞭
な観測ができなかった。

本発明は、従来の超電導特性測定装置がもつ問題点を解
消し、超電導特性を正確に観測することができる簡単な
装置を提供することを目的としている。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、乾燥ガスとして窒素気体を導入することので
きる半密閉の透明な第矛の容器内に液体窒素温度Ｃ７７
Ｋ）Ｋ於いても破損することのない材料から作られた液
体窒素を保持しておくことのできる第りの容器を設置し
た構成であり、上記透明容器内に乾燥窒素気体を流入し
ているため、上記第１と第りの容器は霜が付着せずはっ
きりと内部のようすが観測できる。超電導現象のひとつ
である電気抵抗がゼロ例なる現象を観測する場合、上記
第１の容器に満たした液体窒素に電気抵抗の温度変化を
測定しようとする超電導材料を収納した液体窒素温度で
も破損しない材料でつくられた第３の容器を浸し、上記
超電導材料に設けた電流電極に一定の電流を印加した状
態で、上記超電導材料に設けた電圧電極に発生する電圧
の変化を測定することにより、電気抵抗の温度変化を観
測する。本発明によれば、上記の超電導材料などを収納
している第３の容器があるため、上記超電導材料が直接
液体窒素に浸されることがなく、温度変化がゆるやかに
なるので、電気抵抗の温度変化を測定することができる
。また、マイスナー効果の観測は、上記第２の容器に満
たした液体窒素の液面近くに永久磁石をその磁界が垂直
になるよう固定し、上記永久磁石上に液体窒素温度まで
冷却した超電導材料を浮上させることによりおこなう。

液体窒素の液面付近は超電導状態を維持することのでき
る低温であり、マイスナー効果を長時間にわたって発生
させることが可能であり、かつ、乾燥窒素気体の雰囲気
になっているため試料や容器に霜がつくということがな
い。

く作　用〉 以上の様に、本発明によれば、低温でも流入させる乾燥
ガスで容器内の圧力を高（でき、霜などの原因になる外
気を入れないので超電導材料の電気抵抗がゼロになる現
象と、マイスナー効果などの観測を大がかりな装置を用
いることなく簡便におこなうことができる。

〈発明の実施例〉 以下、実施例の図面を参照して、詳細に本発明を説明す
る。

実施例工 第１図は、本発明第１の実施例であって、１と２はパイ
レックスの透明ガラスからなる容器であり、前記の第１
の容器を構成し、１０は透明アクリルでできた前述の第
Ｊの容器であり９は乾燥窒素導入口であり、３はｌと２
からなる第１の容器内に満たされた液体窒素であり、４
は断熱のための発ぼりスチロール、５は電気抵抗の温度
変化を測定しようとする超電導材料、６は１対の電流電
極、７は電圧電極、８はパイレックスガラスからなる第
３の容器である。１の容器の容積はａＯＯ印、２の容器
の容積は５００ＣＣであり、工と２の容器の間は１．５
＞ある。超電導材料５と第３の容器８との底は１ｃ！ｎ
おいている。３の液体窒素の量は２５０ＣＣである。

第１図の超電導材料５に設けられた電流電極６に、１　
ｍＡの定電流を流した状態で、第３の容器１＋ ８＆超電導材料５を液体窒素３に浸していき、約１５秒
で第２図に示されている状態に設置する。

このときの電圧電極７の間の電圧の時間変化は第３図の
実線で示した。第３図の破線は、第３の容器８を用いな
いで超電導材料５を直接液体窒素３に浸した場合の電圧
電極７の間の電圧の時間変化を示したものである。第３
図かられかるように本発明の特徴でもある第３の容器８
が存在することにより超電導材料５の温度変化がゆるや
かになっていることが分る。

実施例２ 第４図は、本発明第２の実施例であって、１１はパイレ
ックスガラス製のデユワ−びんで前記の第１の容器であ
り、１２は特性を測定しようとする超電導材料５を収納
するためのパイレックスガラス製の試験管で前述の＠ａ
の容器であり、１３は透明アクリル製の容器で乾燥窒素
気体２３導入用の穴２２と流出用の穴２４を有し、前述
の第２の容器である。試験管１２はシリコンゴム栓１９
がとり付けられており、該シリコンゴム栓には超電導材
料５に接続されている電流印加用電線１６と電圧測定用
電線１７および温度センサ３２からの電線１８を通すた
めの小さい穴と、該超電導材料５と該温度センサ３２を
収納した合成樹脂容器２１とガラス板１５からなるパッ
ケージを両面テープで接着し固定するだめのガラス板２
０を入れるための穴が開いている。該デユワ−びん１１
には液体窒素３が満たされており、下部の発ぼうスチロ
ール１４で断熱されている。２５は温度センサ３２から
の入力信号処理回路、２６は電圧増巾回路、２７は電流
印加回路、２８はＡ−Ｄ変換器、２９はＤ−Ａ変換器で
あり、３０はマイクロプロセッサ、３１はデイスプレィ
装置である。

測定は、マイクロプロセッサ３０から発生する信号をＤ
−Ａ変換器２９を介して、電流回路２７に入力し、一定
電流を発生し、導線１６を通して、該超電導材料に印加
し、該超電導材料に発生する電圧を導線１７を介して電
圧増巾回路２６ＶＣ入力し、Ａ−Ｄ変換器２８を介して
マイクロプロセッサ３０Ｖｃ入力し、導線１８と温度計
測用の入力信号処理回路３２を介してマイクロプロセッ
サ８０′に入力されてくる該温度センサからの入力とと
もに信号処理後、デイスプレィ３１により電気抵抗−温
度のグラフとして表示することによりおこなった。

第４図の測定袋Ｈによる測定結果は次のようになった。

第５図の実線は超電導材料５に８ｍｋの電流を印加した
状態で超電導材料５を収納した試験管１２を約１５秒で
液体窒素３に浸したときの該試料に発生する電圧の時間
変化を示しており、このときのデイスプレィ８１に表示
される電気抵抗−温度のグラフは第６図の実線３７にな
る。

第５図の破線は第４図の試験管１２を取り除いた状態で
上記同様に約１５秒で液体窒素３に浸したときの該試料
に発生する電圧の時間変化を示している。このときのデ
イスプレィ３１に表示される電気抵抗−温度のグラフは
第６図の破線８ＢＶＣなり、第４図のパイレックスガラ
ス試験管１２がないため、第４図のパッケージ１７の温
度が急激に変化するため該超電導材料５と温度センサ３
２の間の温度のずれが大きく、該超電導材料５が熱平衡
状態になっていないことがわかる。以上の実施例から明
らかなようにパイレックスガラス製容器１２が存在する
ため、該超電導材料を収納した該パッケージを直接液体
窒素に浸したときの急激な変化に比べてゆっくりと該超
電導材料の温度が低下するため、該超電導材料の電気抵
抗の温度変化が正確に測定できた。さらに乾燥窒素気体
２３を導入しているため、該容器１１と１８に霜がつか
ず、測定中も該超電導材料５をはっきりと観測すること
ができた。また、測定中に液体窒素をつぎ足す時も雲り
や霜が生じないので長時間に渡って該超電導材料５を観
測することが可能になった。

実施例３ 第７図は本発明の超電導観測装置の中のマイスナー効果
を表示させる一実施例の概略的構成図である。

４１は永久磁石、４０は永久磁石４１を液体窒素３中で
半浮上させるための発泡スチロール、５は超電導体であ
る。

ガラス棒３９で超電導体５をいったん液体窒素３の中ま
で沈め、超電導状態にした後、ガラス棒３９を取り去る
と永久磁石上の超電導体はマイスナー効果により反発力
を生じ、磁石上で浮上する。

超電導特有の現象であるマイスナー効果を表示させる装
置であるが、この場合においてもガラス棒３９押入の時
や、液体窒素をつぎ足す時に’７Ｘす、霜等が生じるた
め、アクリル容器２１の中に乾燥窒素を流入させること
により生じる雲り、霜などの問題を解消させることかで
きる。

第８図は本発明に関する可視光の透過率の計測図である
。計測条件は２５℃６０％ＲＨで行った。

第８図の（ａ）は、液体窒素を入れた直後の透過率（Ｔ
ｒｏとする）、（ｂ）はアクリル容器がない時の透過率
（ｒｒｌとする）、（ｃ）はデユワ−をアクリル容器の
中に入れた時の透過率（Ｔｒ２とするＬ（ｄ）はアクリ
ル容器の中に乾燥窒素を流入させた時（乾燥窒素流入量
（２００ＣＣ／分））の透過率（Ｔ（ａとする）を計測
する図である。

第９図は第８図の各容器に液体窒素を入れてからの経過
時間と、デユワ−に液体窒素を入れた直後の透過率と時
間経過後の透過率の比（Ｔｒｎ（ｎ＝ｔ、２．ａ）／Ｔ
ｒｏ）をグラフで表したものである。アクリル容器をか
ぶせないもの（’ｒｒｌ／ＴｒＯ）は液体窒素を入れて
から２〜４分後に急激にデユワ−が雲り始め、中の様子
がほとんど見えなくなった。

アクリル容器をかぶせて乾燥窒素を流入しないもの（Ｔ
　ｒ　２　／Ｔ　ｒ　Ｏ）は徐々にデユワ−が雲り始め
８〜ＩＯ分経過後かなり見にくくなった。これに対して
アクリル容器をかぶせて乾燥窒素を流入したもの（’ｒ
ｒ３／Ｔｒｙ）は１０分経過後もほとんど変化なかっｆ
ｃ。

第１０図は、第８図（ｄ）でデユワ−が十分に冷え切っ
ている状態でアクリル容器の上部開閉ぶたを１分間開き
その後再び閉めて、アクリル容器に乾燥窒素を流入しな
いものの透過率（Ｔｒ４）を乾燥窒素を流入したもの（
乾燥窒素流入量４００ＣＣ／分）の透過率（Ｔｒ５）と
の比（Ｔｒ４／Ｔｒ５）を、再び閉めてからの経過時間
とグラフで表したものである。

時間経過２分後ぐらいから乾燥窒素を流入したものは流
入しないものに比べて透過率が良くなっていることがわ
かる。

〈発明の効果〉 本発明により、現在の超電導体の実験・観察には不可欠
の極めて低温の冷却材を使用しても周囲の透明容器ＶＣ
霜などが付着して透明度を低下させることなく、また、
内部に設置した超電導材料の取替や、冷却材の補給が容
易で、かつ、構造の簡単な超電導特性観測装置を構成す
ることが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の説明図、第２図は、本
発明の第１の実施例で超電導材料の冷却中の状況を示す
説明図、第３図は本発明の第１の実施例に於いて定電流
を印加した超電導材料に発生する電圧の時間変化を示し
た図、第４図は、本発明の第２の実施例を示す説明図、
第５図は本発明の第２の実施例に於いて定電流を印加し
た超電導材料に発生する電圧の時間変化を示した図、第
６図は本発明の第２の実施例に於ける超電導材料の電気
抵抗の温度変化を示した図、第７図は本発明の第３の実
施例を示す説明図、第８図は本発明の装置の光の透過率
の計測図、第９図は液体窒素を入れてからの経過時間と
液体窒素を入れた直後の透過率の比を時間経過で示した
説明図、第１０図は一度雲りが生じてからの経過時間と
容器に乾燥窒素を流入した時と流入しない時との透過率
の比を示す説明図である。 主な符号 ｌ・・・パイレックスガラス製の容器、２・・・パイレ
ックスガラス製の容器、３・・・液体窒素、４・・・発
ぼりスチローノベ　５・・・超電導材料、６・・電流電
極、７・・・電圧電極、８・・・パイレックスガラス製
の容器、９・・・透明アクリル製の容器、１０・・・乾
燥窒素気体流入口、１１・・・パイレックスガラス製ガ
ユワーびん、１２・・・パイレックスガラス製試験管、
１３・・・アクリル製透明容器、１４・・・発ぼうスチ
ロール、１５・・・パッケージ用ガラス板、１６・・・
電流印加用電線、１７・・・電圧測定用電線、１８・・
・温度センサの出力用導線、１９・・・シリコンゴム栓
、２０・・・ガラス板、２工・・・パッケージ台、２２
・・・乾燥窒素気体流入口、２３・・・乾燥窒素気体、
２４・・乾燥窒素気体流出口、２５・・温度センサから
の信号処理回路、２６・・・電圧増巾回路、２７・・・
電流回路、２８・Ａ−Ｄ変換器、２９・・・Ｄ−Ａ変換
器、３０・・・マイクロプロセッサ、３１・・・デイス
プレィ、３９・・・ガラス棒、４０・・発泡スチロール
、４１・・・永久磁石。 代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）第　２図 電Ｉｉ　（／／Ｖ） ｉｋ　Ｊ　凶 間開ω） φ　５図 ４４〇−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内部に、冷却材と超電導材料を貯え、超電導装置の
   特性測定の器具又は電極端子を設置できる第１の透明容
   器と、前記第１の透明容器を、外部から断熱する構造で
   収納し、流入した乾燥ガスを外部より高い気圧で保つ気
   密性をもつ第２の透明容器とを備えたことを特徴とする
   超電導特性観測装置。 ２、前記測定用器具又は電極端子は第３の透明容器内に
   設置され、冷却材と分離されていることを特徴とする請
   求項１記載の超電導特性観測装置。 ３、前記超電導材料の特性測定器具のなかに垂直な磁界
   を形成する永久磁石が設置され、臨界磁界以下に冷却さ
   れた超電導体片がマイスナー効果で浮上するのを外部か
   ら観察できることを特徴とする請求項１又は２記載の超
   電導特性観測装置。