JPH03255981A - 超電導体を用いた磁気シールド装置 - Google Patents

超電導体を用いた磁気シールド装置

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JPH03255981A
JPH03255981A JP2053507A JP5350790A JPH03255981A JP H03255981 A JPH03255981 A JP H03255981A JP 2053507 A JP2053507 A JP 2053507A JP 5350790 A JP5350790 A JP 5350790A JP H03255981 A JPH03255981 A JP H03255981A
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JP
Japan
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shield body
magnetic flux
magnetic field
critical current
magnetic
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Application number
JP2053507A
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English (en)
Inventor
Hironori Matsuba
松葉 博則
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)

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、超電導体で磁気的にシールドされた極めて低
磁場の空間を実現するためのシールド装置に関するもの
である。
[従来の技術] 口、 従来から知られている超電導体を用いた磁気シールド装
置は、超電導を示す材料(例えば酸化物超電導体)から
なる円筒状のシールド体と、シールド体を超電導に転移
する臨界温度T、以下まで冷却するための冷却手段を備
えてなり、以下のような手順で空間の磁気シールドが行
なわれている。
■先ず、遮蔽対象の空間の周囲を覆うように円筒状のシ
ールド体を配置する。但し、このときのシールド体の温
度は、臨界温度TCよりも高い温度にあるつまり、シー
ルド体は末だ常電導状態にある。
■次に、シールド体を臨界温度TC以下まで冷却し、超
電導状態に転移させる。超電導状態ではシールド体は完
全な反磁性体となるので、磁束はシールド体で覆った空
間に侵入することができずに外部に押出され(マイスナ
ー効果)、シールド体内部の空間が磁気シールドされる
ことになる。
[発明が解決しようとするill!!!]しかじから、
上記のような従来のシールド装置は、シールド体外部か
らの磁束に対してのみ有効であって、冷却により常電導
から超電導状F!(転移していく際に既に遮蔽対象空間
内に存在していた地球磁場等の既存磁場は、シールド体
内にトラップされてしまうことになる。従って、従来の
磁気シールド装置においては、既存磁場以下の低磁場を
実現することは困難であった。
この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、地
球磁場等の既存磁場を減少させ、より低磁場の空間を広
い範囲に渡って実現できる磁気シールド装置を提供する
ことを特徴とするものである。
[i1!l!を解決するための手段] 本発明の磁気シールド装置は、超電導を示す材料からな
る筒状のシールド体と、このシールド体を臨界温度以下
まで冷却して常電導状態から超電導状態へ転移させる冷
却手段とを有してなり、上記の課題を達成するために、
前記シールド体の外面あるいは内面(磁場を印加する磁
束発生手段を備え、かつ前記シールド体の一部に、臨界
電流の大きさが他の部分より小さい低臨界電流領域が設
けられたものである。
[作用] 本発明の第1実施例を示す第1図を用いて、本発明の詳
細な説明する0図において、1は酸化物超電導体からな
る円筒状の磁気シールド体である。磁気シールド体1の
長さは断面差し渡しの2倍から20倍程度が一般的であ
るが、必要とする遮蔽対象空間の大きさや低磁場の程度
に応じてこの価を変え得ることは言うまでもない、2は
シールド体1外面に磁場を与えるためのコイルであり、
電源3が備えられている。このコイル2と電源3が磁束
発生手段を構成する。また、ICはシールド体1の一部
に設けられた低臨界電流領域であり、N1図の例ではシ
ールド体1の突起部1b先端の超電導体の肉厚を他の半
分とすることによりその部分の臨界電流値を下げている
このような磁気シールド装置を用いて、低磁場空間を実
現するには、まず、冷却手段(図示せず)によってシー
ルド体1を臨界温度Tc以下まで冷却し、常電導状態か
ら超電導状態へ転移させる。この状態では、シールド体
1が超電導状態となる前に存在していた地球磁場等の既
存磁場により磁束φ。がトラップされる。この時の磁束
密度B1は、シールド体1内部の空間の断面積を30と
すると、 BI冨φo / S o        −(1)で与
えられる。
次に、コイル2に電流を流すことにより、シールド体1
外面に磁場を印加する。この際、シールド体1外部に発
生する磁束の密度をB、とすると、内部と外部の磁束密
度の差B a = B 1− B 。
により、シールド体1内部の磁束が外部に移動する。こ
れを一般にフナツクスフローという。
磁束の移動量については、磁束密度の差B、と時間tの
間におよそ次のような関係がある。
Ba =Ba  (1−a  log (t◆to )
 )−(2)ここで、N6.aは定数で log to” (1−Bg / Bo ) / a 
 −(3)が成立する。B1は1=0のときのB、の値
である。
よって、内部磁束は次の(4)式に従って変化する。
B、”B、+B。
=B@  +Bo  (1−a   log  (ti
to)  )・・・(4) 即ち、B、とtを適宜選択することにより、内部磁束B
、を零とすることができる。
さて、このようにして、内部磁束をほぼ零にすることが
可能であるが、シールド体1内部空間を更に細かくみる
と、磁場測定点では磁束密度がほぼ零であっても、測定
点から離れた点では超電導体内部にトラップされている
磁場が僅かに存在しており、広い範囲に渡って極低磁場
を実現することはできない。
そこで、本発明ではシールド体1の一部に低臨界電流領
域1cを設けることで、磁束がトラップされる場所を特
定の位置とし、それ以外の内部空間では広い範囲で極低
磁場を実現している。この点について以下に説明する。
超電導体に外部から磁場を与えると、超電導体にはその
磁場を遮蔽する電流が流れるが、磁場が強くなって遮蔽
するために必要な電流がその超電導体の臨界電流を越え
ると、その部分から磁束の侵入が始まる。即ち、フラッ
クスフローが起こる。従って、超電導体からなるシール
ド体1の一部に臨界電流の小さい領域が存在すると、そ
の部分にのみフラックスフローが生じ、低臨界電流領域
1cを介して磁束の出入が起こる。それ故、シールド体
1内部にトラップされる磁束も低臨界電流領域lc付近
にだけ存在することとなる。′i41図の例では低臨界
電流領@1cが突起部1bの高さ分だけ遮蔽対象空間か
ら離れているので、トラップされた磁束の影響を回避し
て必要な低磁場−空間を確保することができる。
[実施例] 実施例:1 第1図は本発明の第1実施例による磁気シールド装置の
要部断面図である。
図において、1は酸化物超電導体からなる円筒状のシー
ルド体である0本実施例のシールド体1の寸法は円形断
面の内径30cm、肉厚4mm 、長さ1.5mとなっ
ており、シールド体1の内外面には冷却効率を向上させ
るため熱絶縁層を設けられている。また、シールド体1
の壁面の一部には高さ5cm、厚さ(円周方向) 4m
mの突起部1bが設けられ、その先端部の肉厚は2mm
となっている。この突起部1b先端の肉厚が半分となっ
ている部分が低臨界電流領域ICを構成する。また、シ
ールド体1の外周囲には、磁束発生手段として電源3を
備えたソレノイドコイル2が設けられている。
さて、このようなシールド装置のシールド体1内部の中
央部に磁束密度を測定するセンサを配置し、液体窒素を
用いた冷却手段(図示せず)でシールド体1を冷却した
後、初期の磁束密度を測定したところ磁束密度は0.4
ガウスであった。
この状態で、電@3からコイル2に電流をlOA。
5分間流し、初期と同様にしてセンサで磁束密度を測定
したところ、その値は2.OXl0−”ガウスまで減少
した0次いで、電流を更に7A、5分間流したところ、
磁束密度は−3,OX 10−’ガウスとなった。
そこで、コイル2に逆方向の電流を6^、3分間流した
ところ、磁束密度は1.OX 10−’ガウスとなった
。このようにして、電流の方向と電流値及び電流を流す
時間を調整しつつ磁場を減少させていったところ、磁束
密度は4.OX 10−’ガウスまで減少させることが
できた。この状態で、シールド体1の中央部から半径方
向に10cm1lれた3点について磁束密度を測定した
ところいずれも1.5 Xl0−’ガラスとなり、広い
空間にわたり極低磁場が形成されていることが判明した
実施例=2 第2図は本発明のy、2実施例による磁気シールド装置
の要部断面図である。
図において、11は酸化物超電導体からなる円筒状のシ
ールド体である0本実施例のシールド体11の寸法は円
形断面の内径30c+++、肉厚4mm 、長さ5hと
なっており、シールド体11の内外面には冷却効率を向
上させるため熱絶縁層が設けられている。また、シール
ド体11の壁面の一部には超電導体の厚さを半分とした
低臨界電流領域lICが設けられている。この低臨界電
流領域11cの内側には、超電導体からなる遮蔽層11
bが配置されている。前述した実施例1では突起部1b
を形成して低臨界電流領@1cを遮蔽対象空間から遠ざ
けることにより、トラップされた磁束の影響を低磁場空
間に与えないようにしているのに対して、本実施例では
遮蔽層11bによって低臨界電流領域11c付近に残る
磁束の影響を防止している。また、シールド体11の外
周囲には、磁束発生手段として電源3を備えたソレノイ
ドコイル2が設けられている。
次に、このようなシールド装置のシールド体11内の中
央部に磁束密度を測定するセンサを配置し、液体窒素を
用いた冷却手段(図示せず)でシールド体11を冷却し
た後、初期の磁束密度を測定したところ磁束密度は0.
4ガウスであった。
この状態で、電源3からコイル2に電流をIOA。
5分間流し、初期と同様にしてセンサで磁束密度を測定
したところ、その値は3.5 X 10−”ガウスまで
減少した。
次いで、電流を更に7A、5分間流したところ、磁束密
度は−2,5X 10−’ガウスとなった。そこで、コ
イル2に逆方向の電流を6^、3分間流したところ、磁
束密度は1.3 X 10−’ガウスとなった。このよ
うにして、電流の方向と電流値及び電流を流す時間を調
整しつつ磁場を減少させていったところ、磁束密度は5
.3 x l(r’ガウスまで減少させることがでてき
た。この状態で、シールド体の中央部から半径方向に1
0ctalllれた3点について磁束密度を測定したと
ころいずれも5.4 X 10−’ガウスとなり、広い
空間にわたり極低磁場が形成されていることが判明した
なお、以上の実施例では磁場発生装置がシールド体の外
面にあるが、これを内面に置いても原理で説明した通り
、全く同じ効果を示すことは言うまでもない。
[発明の効果] 以上のように、本発明の磁気シールド装置は、シールド
体の外面あるいは内面に磁場を印加する磁束発生手段を
有するとともに、シールド体の一部に臨界電流値が他の
部分より低いf;B@が設置すられているので、シール
ド体内部の既存磁場を低臨界電流領域を介してフラック
スフローとして流出させることができ、既存磁場以下の
極低磁場を実現できる。また、本発明においては磁束が
出入する場所が低臨界電流領域に特定されるので、低臨
界電流領域の配置位置を適宜選択することにより、比較
的低コストで必要な極低磁場を広い空間にわたって確保
することが可能である。かかる磁気シールド装置は、例
えば周囲の磁場の影響を受けやすい5QUID(超電導
量子干渉装置)を用いた測定空間の磁気シールド等に有
効であり、化学技術上、及び医療上、微小な磁気現象を
観測する有用な用途が多く、工業的価値も大である。
【図面の簡単な説明】
′s1図は本発明のfit実施例による磁気シールド装
置の要部断面図、第2図は第2実施例による磁気シール
ド装置の要部断面図である。 [主要部分の符号の説明] 、11−・・・・・・・・シールド体 b・・・・・・・・・・・・・・・突起部b・・・・・
・・・・・・・・・・遮蔽層C,11C−・・低臨界電
流領域 12・・・・・・・・・コイル 13・・・・・・・・・電源 第1図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 マイスナー効果を示す材料からなる筒状のシールド体と
    、このシールド体を超電導状態に転移する臨界温度以下
    まで冷却して常電導状態から超電導状態へ転移させる冷
    却手段とを有してなる磁気シールド装置において、 前記シールド体の外面あるいは内面に磁場を印加する磁
    束発生手段を備え、かつ前記シールド体の一部に、臨界
    電流の大きさが他の部分より小さい低臨界電流領域が設
    けられたことを特徴とする超電導体を用いた磁気シール
    ド装置。
JP2053507A 1990-03-07 1990-03-07 超電導体を用いた磁気シールド装置 Pending JPH03255981A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0832273A (ja) * 1994-07-19 1996-02-02 Chodendo Sensor Kenkyusho:Kk 磁気遮蔽装置
EP1489629A2 (en) * 2003-06-19 2004-12-22 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Superconducting cable and superconducting cable line using the same

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