JPH07507878A - クライオスタット組立体 - 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】 クライオスタット組立体 本発明はクライオスタット組立体に関する。クライオスタット組立体は、検出器 又は磁石（より詳しくは、超電導磁石を形成したい場合の磁石）等の機器が配置 される冷却領域を形成する種々の分野に使用されている。

慣用的なりライオスタットの１つの問題は低周波振動に敏感なことであり、これ は、例えば分光計（スペクトロメータ）の場合に、得られる結果の精度低下をも たらす。精度が低下する理由は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）又はイオンサイクロトロ ン共鳴（ＩＣＲ）の試料の、振動により生じる時間変化摂動が測定結果に好まし くないアーチファクト（疑似画像）をもたらすからである。

本発明によるクライオスタット組立体は、外側容器を有し、該外側容器内には冷 却すべき品目を収容するための内側容器が設けられ、該内側容器は、低熱伝導率 の多数の支持部材により外側容器から吊り下げられており、支持部材は、その一 端が、使用時の組立体及び前記品目により構成される装置のほぼ重心の高さにお ける外側容器の位置に固定され、他端が、外側容器の前記位置より高くない位置 で内側容器に固定されている。

本発明者等は、慣用的な組立体では、種々の容器が通常真空の外側容器から頂部 に向かって支持されるように構成されており、この構成が、低振動入力に応答し て「振り子」効果をもたらすことに気づいている。これに対し、本発明の構成で は、内側容器が、外側容器の両端部の間の位置（一般的には、装置の重心に実質 的に一致する、外側容器に沿う実質的な中間点）から吊り下げられて（喝。本発 明に従って構成された組立体のモード解析は、本発明の組立体により得られる最 低モード周波数は、慣用的な組立体により得られる最低モード周波数よりかなり 高いことを実証している。

実際には支持部材の一端を装置の重心と正確に整合させる必要はなく、例えば支 持部材の一端を、重心を含む水平面より上方又は下方の、組立体の全高の１０％ 以内の位置で外側容器に固定できる。

一般に、支持部材の他端は内側容器の基部に連結されるけれども、原理的には他 の固定位置も可能である。概していえば、振動の低下に関する限り、容器への固 定位置は頑丈でなくてはならず、従って、容器のコーナ又は容器の剛性支持部が 最良である。一般的なヘリウム容器の基部は厚いため、基部は取付けに適した位 置である。

成る場合には、クライオスタット組立体が外側容器及び内側容器そのものを構成 することがある。しかしながら、通常は、別の容器及び／又は熱遮蔽体が設けら れている。好ましい構成では、内側容器は第１冷却剤収容容器を構成し、組立体 は更に、第１冷却剤容器を包囲し且つ外側容器から吊り下げられた第２冷却剤収 容容器を有し、且つ任意ではあるが、第１冷却剤容器を包囲し且つ第２冷却剤容 器から吊り下げられた熱遮蔽体を有する。

組立体を超電導磁石の冷却に使用する場合には、該磁石は内側容器内に配置され 、一般に第１冷却剤は液体ヘリウム、一方、第２冷却剤は液体窒素である。

一般に、外側容器から内側容器を吊り下げる、実質的に等角度間隔を隔てて配置 された３つの支持部材がある。外側真空容器に取り付けられる支持部材の端部は 、連続リングを介して又は個々の取付は構造により取り付けることができる。

用語「低導電率」とは、当技術分野において、一般に１７０ワット／メートルで あることが良く知られている。

支持部材は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂ロッドで構成することもできるが、好 ましくはケブラー（Ｘｅｖｌａｒ）強化エポキシ樹脂ロッドで構成する。この材 料の弾性係数は大きく、従って、剛性の大きな吊下げ装置を構成し、共振周波数 を高くし、且つ磁石の変位を減少させる。

高い周波数では磁石の変位が小さく、従って高周波振動ではこの点に関する問題 は少ないけれども、高周波数範囲における分光器の結果に共振アーチファクト（ 人為結果）を得ることができる。クライオスタット組立体を、最低モード周波数 より高い周波数がクライオスタット組立体に伝達されることを防止する防振取付 は具に支持することができ、このようにすれば、クライオスタット組立体は振動 の影響から完全に隔絶されるであろう。

本発明によるクライオスタット組立体は、例えば、核磁気共鳴及びイオンサイク ロトロン共鳴に使用する磁石を収容するのに使用できる。

ＮＭＲ分光計に使用するための本発明によるクライオスタット組立体の一例を添 付図面に関連して説明する。尚、添付図面はクライオスタット組立体を通る縦断 面図である。

組立体は外側真空容器ｌを有し、該容器ｌはドーム状の頂部をもつ管状の形状を 有し且つ使用時に真空引きされる内容積を形成している。外側真空容器！内には 液体窒素容器２が入れ予成に重ねられており、該容器２は、液体窒素収容部分３ と、熱遮蔽体４と、液体ヘリウムを収容する液体ヘリウム容器５とを有する。

容器２．５及び熱遮蔽体４の各々は管状である。外側真空容器ｌ及び容器２．５ の各々は、それぞれの管６．７．８により形成される垂直方向のボアを有する。

ヘリウム容器５内で管８の回りには電磁石９が取り付けられており、該電磁石９ は、管６内の原点ｌＯに中心をもつ均一作業領域を有する高強度磁界を発生する 。

クライオスタットの頂部には全体として慣用的な形状をもつネック部分１１が設 けられ、該ネック部分１１は、外側真空容器ｌに連通ずる外側部分１２と、液体 ヘリウム容器５に液体ヘリウムを供給できるようにする内側部分１３とを有する 。クライオスタットは更にネック部分１４を有し、該ネック部分１４は、外側真 空容器１に連通する外側部分１５と、窒素容器３に液体窒素を供給できるように する内側部分１６とを有する。

慣用的に、液体窒素容器、液体ヘリウム容器及び熱遮蔽体は、全て、真空容器の ドーム状部分から吊り下げられる。しかしながら、本発明の場合には、液体ヘリ ウム容器５は、３本のケブラーロッド１７（図面には１本のみが見える）の組に より外側真空容器ｌから吊り下げられている。ケブラーロッド１７は、これらの 一端１８が液体ヘリウム容器５の基部に取り付けられたブラケット１９に固定さ れ、熱遮蔽体４及び液体窒素容器２の孔を通り、且つ他端２０が外側真空容器ｌ に掛留（アンカー）される。掛留２０の位置は、実質的に、垂直軸線に対して垂 直で且つ磁石及びクライオスタットの重心を含む平面内にあるように選択される 。共振周波数に重大な影響を与えることなく、クライオスタットの高さの約１０ ％以内でこの位置から変位させることができる。

液体窒素容器２は、実質的に等角度間隔を隔てて配置された３本のロッド２１（ 図面には１本のみが示されている）の組により外側真空容器１から吊り下げられ ており、ロッド２１は、外側真空容器ｌの上端部の取付は具２２から液体窒素容 器２に連結されたブラケット２３まで延びている。

熱遮蔽体４は、実質的に等角度間隔を隔てて配置された３本の支持ロッド２４（ 図面には１本のみが示されている）の組により液体窒素容器から吊り下げられて おり、ロッド２４は、液体窒素容器の上面２５から熱遮蔽体のブラケット２６ま で延びている。

全ての容器及び熱遮蔽体が外側真空容器のドーム状部分から吊り下げられた慣用 的なりライオスタット組立体と比較した、図示の本発明によるクライオスタット 組立体を用いて達成されるモード周波数解析の改善を明らかにするため、同サイ ズ及び同仕様の慣用的なりライオスタット組立体と本発明の新規なりライオスタ ット組立体とについて有限要素解析を行った。得られたモード周波数を次表に示 す。

′表 上記表から、本発明のクライオスタット組立体の最低モード周波数は慣用的なり ライオスタット組立体の最低モード周波数よりかなり高く、このため、慣用的な りライオスタット組立体を用いて得られる測定値と比較して、外部の低周波振動 に対して敏感でなく、従ってＮＭＲ（ＩＣＲ）の測定値における好ましくないア ーチファクトの発生を低減できる非常に安定したクライオスタ・ット組立体が得 られることが理解されよう。

フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，６識別記号庁内整理番号ＧＯＩＲ３３／２０ ＨＯＩＦ　６１０４ ７１３５−５Ｅ ８２０３−２Ｇ （７２）発明者　ダニエルス　ピータ−デレクイギリス　ノーザンプトン　エヌ エヌ１１６アールゼツト　ダヴエントリー　ウッドフォード　ホールズ　ライロ ーズ　クローズ７ Ｉ ＨＯＩＦ　７７２２　Ｇ ＧＯＩＲ３３／２２

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．クライオスタット組立体において、外側容器を有し、該外側容器内には冷却 すべき品目を収容するための内側容器が設けられ、該内側容器は、低熱伝導率の 多数の支持部材により外側容器から吊り下げられており、支持部材は、その一端 が、使用時の組立体及び前記品目により構成される装置のほぼ重心の高さにおけ る外側容器の位置に固定され、他端が、外側容器の前記位置より高くない位置で 内側容器に固定されていることを特徴とするクライオスタット組立体。
2. ２．前記支持部材の一端が、重心を含む水平平面の上方又は下方で、組立体の全 高の１０％の範囲内にある位置で外側容器に固定されていることを特徴とする請 求の範囲第１項に記載のクライオスタット組立体。
3. ３．前記支持部材の一端が、実質的に同じ水平平面内に位置していることを特徴 とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のクライオスタット組立体。
4. ４．前記外側容器の回りで実質的に等角度間隔を隔てて３つの支持部材が設けら れていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載のク ライオスタット組立体。
5. ５．前記支持部材が、ケブラー強化エポキシ樹脂ロッドからなることを特徴とす る請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載のクライオスタット組立体。
6. ６．前記外側容器が使用時に真空引きされ、前記内側容器が液体冷却剤収容容器 からなることを特徴とする請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１項に記載のク ライオスタット組立体。
7. ７．前記内側容器を包囲する第２冷却剤収容容器と、該第２冷却剤収容容器を包 囲する熱遮蔽体とを更に有することを特徴とする請求の範囲第６項に記載のクラ イオスタット組立体。
8. ８．冷却剤を収容する前記内側容器が使用時に液体ヘリウムを収容し、前記第２ 冷却剤収容容器が使用時に液体窒素を収容することを特徴とする請求の範囲第７ 項に記載のクライオスタット組立体。
9. ９．前記内側容器内に配置される電磁石を更に有することを特徴とする請求の範 囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載のクライオスタット組立体。
10. １０．請求の範囲第１項〜第９項のいずれか１項に記載のクライオスタット組立 体を備えたＮＭＲ分光計。