JPH0333670A - 超伝導磁力計装置のためのジユワー容器 - 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］ この発明は、検出しようとする少なくとも一つの磁界源
から生じる弱い磁界を測定する装置のためのジュワー容
器に関する。

［従来の技術］ 測定装置の外から供給される冷却媒体により冷却すべき
超伝導部品を収容するために用いられかつ高周波遮蔽装
置により囲まれている内部空間領域を有するこの種のジ
ュワー容器は、例えば欧州特許出願公開第０１４３５３
２号公報から知られている。

非常に弱い磁界の測定のためにスクイド（超伝導量子干
渉デバイス）を使用することが一般に知られている（例
えば「ジャーナル　オブ　フィジックス　８編：サイエ
ンティフィック　インストルーメンツ（Ｊ、　Ｐｈｙｓ
、　Ｅ、　：Ｓｃｉ、　Ｉｎｓｔｒｕｍ、）　Ｊ第１３
春、１９８０年、第８０１〜８１３ページ、又は「アイ
トリプルイー　トランザクションズ　電子デバイス編（
ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｌｌｅｖ
、）　Ｊ　、第ＥＤ−２７巻、第１０号、１９８０年１
０月、第１８９６〜１９０８ページ参照）。

スクイドのための有利な適用分野として重力波の極微小
の運動の検出、又は医療診断分野においても心磁計又は
脳磁針が考慮される（例えば「フィジックス　トウデイ
　（Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｔｏｄａｙ　）　Ｊ　、　　１９
８６年３月、第３６〜４４ページ参照）。すなわち磁気
的な心臓波又は脳波により引き起こされる磁界は約５０
ｐＴないしｏ、ｉｐＴにすぎない大きさの磁界強さを有
する（例えば「生体磁気学会報、生体磁気に関する第３
回国際研究集会（Ｂｉｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ−Ｐｒｏｃ
ｅｅｄｉｎｇｓ　Ｔｈ１ｒｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ
ｌ　ＷｏｒｋＳｈｏｐ　ｏｎ　Ｂｉｏｍａｇｎｅｔｉｓ
ｍ）　、ベルリン、１９８０年」、ベルリン／ニューヨ
ーク、１９８１年、第３〜３１ページ参照）。これらの
非常に弱い磁界は更に比較的大きい干渉磁界の存在する
場合にも検出できなければならない。

特に前記の大きさのこの種の生体磁界を測定するために
、−チャネル又は特に多チャネルに構成することができ
る測定装置が知られている（例えば欧州特許第０１１１
８２７号明細書参照）。これらの装置は設けられたチャ
ネルの数に応じて一次又は高次の超伝導磁界勾配計を備
えるスクイド磁力計を有する。前記文献「フィジックス
　トウデイ（Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｔｏｄａｙ　）　Ｊに記
載の相応の磁力計装置の場合には、その超伝導磁界勾配
計がこれに付設されたスクイドと共にジュワー容器内一
部に配置されている。その際直接又は間接の磁気干渉を
避けながら超伝導の内部装置特に高感度のスクイドを冷
却することが必要である。すなわちスクイド装置は例え
ばラジオ放送局又は移動形無線器から放射される高周波
の電磁放射に対して極端に敏感である。その際干渉の影
響はスクイドの直流特性曲線におけるパターンの不鮮明
さに起因する。干渉は特にＳＮ比の低下、スクイドに４
ｊ設された電子回路の調整不良及び測定装置の干渉振幅
に比例し有効信号に重畳される出力信号の形で現れる。

高周波干渉源の影響を避ける可能性は測定装置全体を高
周波に対し遮蔽された室内で運転することにある（例え
ば「レビュー　オブ　サイエンティフィック　インスト
ルーメンツ（Ｒｅｖ、　Ｓｃｉ。

Ｉｎｓｔｒｕｍ、）　Ｊ　、第５３巻、第１２号、１９
８２年１２月、第１８１５〜１８４５ページ参照）。そ
の代わりに測定装置自体の超伝導部品の外部に高周波遮
蔽装置を備えることも可能である。この種の遮蔽装置は
前記の欧州特許出願公開第０１４３５３２号明細書に記
載のジュワー容器の場合にも実現されている。この公知
のジュワー容器は低温の中空円筒形内部ケースの周りに
ほぼ中空円筒形の常温の外部ケースを備える。熱絶縁の
ために外部ケースと内部ケースとの間は真空にされる。

測定装置の内部空間中に配置された超伝導内部装置を必
要な運転温度に保持するために、容器の首を経て内部ケ
ースの内部空間へ冷却媒体が導入される。この超伝導内
部装置は高周波シールドにより外部に向かって遮蔽され
ている。このシールドは内部ケースの内壁に設けられ、
従って超伝導内部装置の領域で同様にその運転温度に保
持される。しかしながらこの遮蔽手段は部分的に不十分
であることが判明した。例えばスクイド装置を閉じた金
属面により実際上完全に覆うことは、磁気ノイズ源とな
る熱に起因する渦電流を引き起こす。他方ではスクイド
領域における遮蔽面を開放したままにしておくことによ
り、測定装置全体の感度の高い個所が遮蔽されないまま
残る。

国際特許出願公開第８８１０７８３５号公報から超伝導
部品を備えた磁界測定装置を収容するためのジュワー容
器が知られている。しかしながらこの公知の装置の場合
にはこれらの超伝導部品が伝熱要素により冷却媒体浴に
熱的に結合されているにすぎない。しかしそのような間
接的な冷却の場合には超伝導部品の常伝導化（クエンチ
）の場合に冷却技術上の問題が発生するおそれがある。

これらの伝熱要素の一部はこの公知の装置の場合に平行
に延びる銅線により形成され、これらの銅線は同時に高
周波干渉シールドとして働く。

［発明が解決しようとする課題］ この発明の課題は、一方ではノイズの増加又はＳＮ比の
低下を伴なうことなく少なくとも測定装置の超伝導部品
の有効な高周波遮蔽が遠戚され、また他方では測定装置
の超伝導部品の有効な冷却を可能にするように、前記の
種類のジュワー容器を改良することにある。

［課題を解決するための手段］ この課題はこの発明に基づき、高周波遮蔽装置が内部空
間の外部にジュワー容器の内壁と外壁との間で同時に熱
放射シールドとして形成され、運転時には少なくとも測
定装置の超伝導部品を囲む高周波遮蔽装置の面を、液化
冷却媒体の極低温と容器の外部温度との間の温度レベル
に保持することができるようにすることにより解決され
る。

［発明の効果］ この手段に伴なう長所は特に、高周波遮蔽と共に簡単な
方法で同時に極低温領域従って測定装置の超伝導部品の
良好な熱的遮蔽が遠戚されるということにある。

渦電流の抑制のために高周波遮蔽装置の而が少なくとも
測定装置の超伝導部品の領域で、相互に絶縁された個々
の導電性導体路に分割されることが特に有利である。そ
れにより高周波遮蔽装置によって熱的に励起された渦電
流に基づき生じるノイズを相応に最小限に保つことがで
きる。

［実施例］ 次にこの発明に基づくジュワー容器の複数の実施例を示
す図面により、この発明の詳細な説明する。

一チャネル又は特に多チャネルの測定装置のために用い
ることができるようなスクイド磁力計は原理的に知られ
ている。この磁力計は生体磁界源特に患者の心臓又は脳
から出る磁気信号（磁束又は磁束勾配）を検出するため
に、少なくとも一つの超伝導磁界勾配計を備える。その
際磁界勾配計コイルをアレーにまとめると有利である。

検出された信号は超伝導又は常伝導の結合導線を経てチ
ャネル数に等しい数のスクイドへ供給される。同様にア
レーにまとめることができるこれらのスクイドには外部
の電子回路が後置接続されている。図ではそれ自体知ら
れたこれらの部品は略示されている。

第１図に示す縦断面図によれば、この種の測定装置の超
伝導部品（磁力計）を収容するために、ジュワー容器２
は少なくともほぼ回転対称な構造を有する。この容器は
公知のように二重壁に構成されている。すなわち容器は
外部温度Ｔａにある外壁３と外壁により囲まれた内壁４
とを備える。

内壁４により画成された容器の内部空間５には比較的狭
い首部分６を介して通じることができる。

容器の壁３と４との間の中間空間７は公知の方法で真空
引きされ、場合によっては図示されていない超断熱材を
備える。この中間空間内には従って内部空間５の外部に
は、この発明に基づき構成さ１ れた高周波遮蔽装置９が配置されている。この装置の組
み立てを容易にするために、場合によっては外壁３又は
容器２の円リング形の上部３ａを取り外し可能にするこ
とができる。遮蔽装置９はいわば高周波を通さないファ
ラデー遮蔽かごとして全面的に内部空間５を囲み、同蒔
に熱放射シールドとして構成されるのが有利である。

ジュワー容器２の内部空間５の中には−・作業期間例え
ば−作業日のために必要な量の液化冷却媒体Ｋｌ　、一
般には液化ヘリウムが入れられ、従って相応の極低温Ｔ
ｔになっている。この冷却媒体は全体を符号１０で示さ
れた測定装置の超伝導部品の冷却のために直接又は間接
的に用いられる。

その際図示されておらず望ましくはアレーにまとめられ
るこの測定装置のスクイドは、幣示されたチップ１１上
に設けられる。スクイドは例えば超伝導結合導１１１３
　ａ〜１３ｅを介して相応の、ｔｆｌ伝導磁界勾配計に
結合されている。これらの磁界勾配計のうち図には五つ
だけが示され符号１４ａ〜１４ｅが付けられている。し
かしながら磁界勾配　９ 計の数はそれより著しく多い。外に向かってスクイド又
はチップ１１は接続導線を経て外部の電子回路１６に結
合されている。これらの導線は首部分６を貫いて延び、
首部分６では導線が相互に間隔を置いて並べられたそれ
自体公知の複数の放射シールド板１７（例えば欧州特許
出願公開第０２００９５８号公報参照）を貫いて導かれ
る。これらの放射シールド板１７はそれぞれ首部分６の
自由空間すなわち内部装置により埋められていない断面
を大部分遮断する。しかしながら放射シールド板１７は
内部空間５の中に入れられた液化冷却媒体Ｋｌの外に向
かって出る排ガスに２のための十分な流路断面積を残し
ている。この排ガスに２は首部分６の領域において、放
射シールド板１７の冷却のためばかりではなくスクイド
チップ１１と外部の電子回路１６との間の接続導線の冷
却のためにも用いられる。接続導線並びに結合導線１３
ａ−’１３ｅは公知の方法でいわゆる箔導体として構成
できるので有利である（例えば欧州特許出願公開第０１
８５１８ｅ号公報参照）。１図面では接続導体の箔だけ
が示され符号１８が付けられている。この接続導体箔１
８に結合された外部の電子回路１６の一部は、場合によ
りジュワー容器２の首部分６の孔を覆うことができる蓋
部分２０の中に組み込むことができる。

液化冷却媒体に１は上方から首部分６を通りジュワー容
器２の内部空間５の中へ、例えば放射シールド板１７を
貫いて延び図示されていない管路を経て補充され、この
管路は真空絶縁され冷却媒体の排ガスに２による向流の
中で冷却されて、図示されていない外部の貯蔵容器へ結
合される。

その際補充は反復して例えば日ごとに行うことができる
。

この発明によれば高周波遮蔽装置９は熱放射シールドと
しても用いられる。このためには高周波遮蔽装置は例え
ば銅のような良伝熱性材料製としなければならない。そ
の際この金属を例えばプラスチックのような電気絶縁性
支持体上に被覆することができる。この放射シールドは
首部分６の領域内に置かれた放射シールド板１７を含め
て極低温領域全体又は内部空間５を囲む。放射シールド
は一般に複数の部品から組み立てられる。例えば図示の
実施例によれば、放射シールドはほぼつぼ形の底部品９
ａを有し、この底部品は中空円筒形の側面部品９ｂに高
周波導電性に結合例えばろう付は又は接着されていると
見なされる。遮蔽装置は冷却媒体Ｋｌの排ガスに２によ
り例えば約ＬＯＯＫに冷却されるのが合目的である。こ
のために遮蔽装置は熱的に例えば一つ又は複数の放射シ
ールド板１７に結合することができる。図示の実施例に
よれば、首部分６の壁６ａ中の少なくとも一つの貫通部
２１を経て一つの放射シールド板１７との導電かつ伝熱
結合が存在するものと仮定する。

この放射シールドにより同時に十分な高周波遮蔽効果を
保証しようとするので、放射シールドは一力では連続的
に高周波導電性にすなわち十分に高周波を通さないよう
に構成しなければならない。このことは図示の実施例に
よれば排ガスに２への熱結合が行われるジュワー容器の
首部分６５ で、ジュワー容器開口内部の遮蔽を受は持つ放射シール
ド板１７との導電性又は容量性結合により行われる。そ
うして測定装置の高周波に敏感な超伝導部品ｌＯを囲む
実際上完全に閉じられた遮蔽カバーが得られる。他方で
は有効な高周波遮蔽のために放射シールドは、特に測定
装置の超伝導部品１０の領域内で熱により励起される渦
電流がシールド内に流れるおそれがないように設計され
なければならない。このためにシールドの金属化を中断
して構成しなければならない。すなわち高周波遮蔽装置
９の面は少なくともこの領域において、相互に電気的に
絶縁された個々の導電性導体路に分割されなければなら
ない。要求される熱的渦電流の低減のために導電結合が
不可能であるようなこの個所では、金属の導体路の重畳
又は交差した層により容量的な従って高周波に対しイ１
効な結合が形成される。

高周波遮蔽装置の相応の二つの構成が第２図及び第３図
に示され、それぞれ装置の一部が平面図として示されて
いる。

　６ 第２図に示すように電気絶縁性支持体２４例えばプラス
チックフィルム上には、導体路として例えば銅のような
電気的及び熱的に良伝導姓材料から戊る個々のストリッ
プ導体２５が被覆例えば接着されている。ストリップ導
体２５は銅により被覆されたフィルムから加工例えばエ
ツチングして作ることができる。要求される渦電流抑制
を保証するためにストリップ導体２５の幅すは一般に最
大で２ｍｍとすべきである。０．５〜１．５ｍｍの導体
幅すが有利であることが判明している。ストリップ導体
２５は相互に平行に延び、その際導体相互の間隔ａは１
〜２ｍｍに選ぶことが合目的である。一般に寸法ａは導
体幅すと同程度の大きさである。

奇形の第２図に示されたストリップ導体２５の代わりに
、同様に良好に導体路として例えば円形断面を有する線
材状導体を用いることもでき、その際この導体の直径は
導体幅すと同程度の大きさに選ぶべきである。

測定装置の超伝導部品１０の領域の外側では、高周波遮
蔽装置９を必ずしも個々の導体部分に分割する必要はな
い。そこでは高周波遮蔽装置は場合により閉じた面によ
って構成することもできる。なぜならば遮蔽装置のこの
部分に渦電流が生じても、これは実際上測定装置の超伝
導部品１０特にスクイドに結合するおそれがないからで
ある。それゆえにストリップ導体２５の端部はこの面に
導電結合例えばろう付けすることができる。

しかしストリップ導体とこの面との間の容量だけによる
結合も可能である。

高周波遮蔽装置９の面を第２図に示すように相互に平行
に並べられた個々のストリップ導体２５に分割する代わ
りに、方形又は菱形又はリング形の目を有する網状又は
織り吻状又は編み吻状構造を測定装置の超伝導部品ｌＯ
の遮蔽のために用いることもできる。しかしながら例え
ば網状構造の結び目又は重畳領域では、一般に個々の導
体部分の相互の電気的絶縁を保証しなければならない。

この種の高周波遮蔽装置の相応の実施例が第３図に示さ
れている。全体を符号２７で示された遮蔽装置の網状構
造は導体ストリップ２８．２９により形成され、その際
相互に平行に延びる導体ストリップ２８は同様に相互に
平行に延びる導体ストリップ２９とは例えば直交する。

交差領域では導体ストリップ２８は導体ストリップ２９
から、例えば個々の薄い絶縁面部品３０により電気的に
分離されている。場合によってはこれらの絶縁面部品が
閉鎖された絶縁層を形成することもできるので、そのと
きは導体ストリップ２８．２９は絶縁層により分離され
た平面上に置かれることになる。更に網状構造２７をワ
ニスによりそれ自体絶縁された導体ストリップ又は線材
から構成することも可能である。渦電流を抑制するため
に、網状構造に対して第２図に示す間隔ａの程度の大き
さのメツシュが選ばれる。すなわちストリップ導体２８
又は２９の間の間隔ａｔ、ａＴＩは１〜２ｍｍとするの
が有利である。

この発明に基づく高周波遮蔽装置９の第１図に示す実施
例の場合には、この装置が放射シールド板１７のうちの
一つに首部分６の領域で直接熱的及び電気的に結合され
、はぼこの板の温度レベルにあるということが前提とな
っている。このために首部分６の壁６ａを貫く貫通部２
１が必要である。しかしながらこの種の貫通部を省略し
ようとするならば、蓋部分２０に達する閉じた高周波遮
蔽装置を採用可能である。相応の実施例が第４図の縦断
面図に示されている。全体を符号３３で示した高周波遮
蔽装置は測定装置の超伝導部品１０の領域内で、第１図
ないし第３図に示す装置９に相応して構成されている。

しかしながらジュワー容器の首部分６の領域内で一つの
放射シールド板１７に結合する代わりに、遮蔽装置３３
は首部分６の領域で中空円筒形端部片３３ａで終わって
いる。この端部片が同心に同様に中空円筒形遮蔽部品３
４を凹み、遮蔽部品３４はジュワー容器２の取り外し可
能な上部３ａを貫く例えばリング形の電気貫通部３５に
結合されている。その際端部片３３ａと放射部品３４と
の間には狭い環状間隙３７が歿されているので、これら
の部品３３ａと３４との間には容量結合だけが存在する
。そのとき蓋部分２０の下面の導電面３８により、貫通
部３５の孔従って首部分６の領域を高周波を通さないよ
うに閉じることができる。高周波遮蔽装置のこの実施例
の場合には遮蔽装置の玲却は例えば周囲との放射交換に
より行われる。

この種の構造上熱結合が弱くなることを望まないならば
、自明のようにこの発明に基づ〈高周波遮蔽装置のすべ
ての実施例においてジュワー容器の中で、例えば高周波
遮蔽装置に沿った特別な冷却管路を介して排ガスにより
直接冷却することも可能である。その場合には渦電流抑
制のための手段をも設けなければならない。その上場合
によっては装置の複数の導体路のうちいくつかを排ガス
のための管状冷部導体として構成することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に基づくジュワー容器の一実施例の縦
断面図、第２図及び第３図はそれぞれ第１図に示すｉτ
６周波遮蔽装置の異なる実施例の部分拡大平面図、第４
図はシュ 例の縦断面図である。 ２・・・ジュワー容器 ３・・・外壁 ４・・・内壁 ５・・・内部空間 ６・・・首部分 ９．３３・・・高周波遮蔽装置 １０・・・超伝導部品 １７・・・放射シールド板 ２０・・・蓋部分 ２５．２８．２９・・・導体路 ３４・・・遮蔽部品 ３８・・・導電性面 Ｋ】・・・冷却媒体 に？・・・排ガス Ｔａ・・・外部温度 Ｔｔ・・・極低温 ワー容器の別の実施 、ｉ１１＋３１代理人−Ｊｔア；■士富村勇−１丹・鳩 特開平３−３３６７０　（７） ＦＩＧ　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）検出しようとする少なくとも一つの磁界源から生じ
   る弱い磁界を測定する装置のためのジュワー容器であっ
   て、この容器が測定装置の外から供給される冷却媒体に
   より冷却すべき超伝導部品を収容するために用いられか
   つ高周波遮蔽装置により囲まれている内部空間領域を有
   するものにおいて、高周波遮蔽装置（９、３３）が内部
   空間（５）の外部にジュワー容器（２）の内壁（４）と
   外壁（３）との間で同時に熱放射シールドとして形成さ れ、運転時には少なくとも測定装置の超伝導部品（１０
   ）を囲む高周波遮蔽装置（９、 ３３）の面を、液化冷却媒体（Ｋ＿１）の極低温（Ｔ＿
   ｔ）と容器（２）の外部温度（Ｔ＿ａ）との間の温度レ
   ベルに保持することができるようにしたことを特徴とす
   る超伝導磁力計装置のためのジュワー容器。 ２）渦電流の抑制のために高周波遮蔽装置 （９、３３）の面（９ａ、９ｂ）が少なくとも測定装置
   の超伝導部品（１０）の領域内 で、相互に絶縁された個々の導電性導体路 （２５；２８、２９）に分割されているこ とを特徴とする請求項１記載のジュワー容 器。 ３）導体路（２５、２８、２９）が線材又は帯状ないし
   ストリップ状の導体により構成されていることを特徴と
   する請求項２記載のジュワー容器。 ４）導体路（２８、２９）が網状又は織り物状又は編み
   物状の構造（２７）を形成し、その際この構造が交差点
   で相互に絶縁されていることを特徴とする請求項２又は
   ３記載のジュワー容器。 ５）導体路（２５、２８、２９）が大きくても２ｍｍ望
   ましくは０．５〜１．５ｍｍの幅 （ｂ）を有することを特徴とする請求項２ないし４の一
   つに記載のジュワー容器。 ８）相互に平行に並んだ導体路（２５、２８、２９）が
   最大で２ｍｍの相互間隔（ａ、 ａ′、ａ″）を有することを特徴とする請求項２ないし
   ５の一つに記載のジュワー容器。 ７）内部空間（５）が首部分（６）を介して外部に通じ
   ており、高周波遮蔽装置（９、 ３３）が全面的に高周波を通さないカバーとして測定装
   置の超伝導部品（１０）の周りに構成され、その際首部
   分（６）の断面の高周波遮蔽部も設けられることを特徴
   とする請 求項１ないし６の一つに記載のジュワー容 器。 ８）高周波遮蔽装置（９）が液化冷却媒体 （Ｋ＿１）の排ガス（Ｋ＿２）により冷却される少なく
   とも一つの放射シールド板（１７）を備え、この放射シ
   ールド板が首部分（６）の中でその開放断面を大部分閉
   ざすことを特徴とする請求項７記載のジュワー容器。 ９）首部分（６）を囲む遮蔽部品（３４）を備え、この
   遮蔽部品が、首部分（６）の 孔を高周波に対して密閉し容器（２）の 蓋部分（２０）に取り付けられた導電性 面（３８）、及び測定装置の超伝導部品 （１０）の領域を囲む遮蔽装置（３３）の面（９ａ、９
   ｂ）に、高周波導電性に接続されていることを特徴とす
   る請求項７又は８記載のジュワー容器。