JPH08248001A - Apparatus for measuring physical properties under magnetic field - Google Patents

Apparatus for measuring physical properties under magnetic field

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JPH08248001A
JPH08248001A JP7049768A JP4976895A JPH08248001A JP H08248001 A JPH08248001 A JP H08248001A JP 7049768 A JP7049768 A JP 7049768A JP 4976895 A JP4976895 A JP 4976895A JP H08248001 A JPH08248001 A JP H08248001A
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JP
Japan
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sample
magnet
stage
superconducting magnet
magnetic field
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JP7049768A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirokazu Tsubouchi
宏和 坪内
Akio Kimura
昭夫 木村
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To obtain a small-sized apparatus for measuring physical properties under magnetic field in which installation and running cost is reduced while facilitating replacement of sample. CONSTITUTION: In the apparatus for measuring physical properties under field wherein a sample holder 14 is disposed under the field generated from a superconducting magnet 13, the superconducting magnet 13 and the sample holder 14 are thermally coupled, respectively, with first and second stages 17, 18 of a two-stage refrigerator 16. Since only one refrigerator 16 is required, the size can be reduced along with the installation and running cost while facilitating the replacement of sample. Furthermore, the sample can be replaced quickly when the space for disposing the sample holder 14 is sealed hermetically with respect to the space for disposing the superconducting magnet 13 and a vacuum container 11 and the sample holder 14 can be opened directly to the outside of the vacuum container 11.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、小型で、設備費やラン
ニングコストが安価で、サンプル交換が容易な磁場下物
性測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for measuring physical properties under a magnetic field which is small in size, inexpensive in equipment cost and running cost, and easy in sample exchange.

【0002】[0002]

【従来の技術】サンプルの低温物性を磁場と温度をパラ
メーターとして測定する為の磁場下物性測定装置には、
図6(イ) に示すような装置が市販されている。この装置
は、磁場を印加する為の超電導磁石を冷却するクライオ
スタット61の常温ボアー62にサンプル冷却温度制御用ク
ライオスタット63のサンプル収容部位を挿入して構成し
たものである。前記超電導磁石冷却用クライオスタット
61は液体ヘリウム浸漬タイプのクライオスタットで超電
導磁石13は液体ヘリウム貯留容器50内に収納され、この
液体ヘリウム貯留容器50は外部熱の侵入を防ぐために2
重の熱輻射シールド65で囲われている。この熱輻射シー
ルド65は冷凍機16により冷却される。更にこれらは真空
容器11に入れられて真空断熱される。他方サンプル冷却
温度制御用クライオスタット63の冷却は冷凍機66により
なされ、サンプル19は熱シールド板(図示せず)と真空
容器11により包囲されている。
2. Description of the Related Art An apparatus for measuring physical properties under low magnetic field for measuring low temperature physical properties of a sample using magnetic field and temperature as parameters is
A device as shown in FIG. 6 (a) is commercially available. This device is configured by inserting a sample accommodating portion of a cryostat 63 for controlling a sample cooling temperature into a room temperature bore 62 of a cryostat 61 for cooling a superconducting magnet for applying a magnetic field. The cryostat for cooling the superconducting magnet
Reference numeral 61 is a liquid helium immersion type cryostat, in which the superconducting magnet 13 is housed in a liquid helium storage container 50, and the liquid helium storage container 50 is designed to prevent external heat from entering.
It is surrounded by a heavy heat radiation shield 65. The heat radiation shield 65 is cooled by the refrigerator 16. Further, these are placed in a vacuum container 11 and vacuum-insulated. On the other hand, the sample cooling temperature control cryostat 63 is cooled by a refrigerator 66, and the sample 19 is surrounded by a heat shield plate (not shown) and a vacuum container 11.

【0003】前記装置は真空容器を有する2台のクライ
オスタット61,63 で構成されていて大型なため、超電導
磁石冷却用クライオスタット61の常温ボアー62を真空封
止して、ここにサンプルを収容することにより、サンプ
ル冷却温度制御用クライオスタット63を無用とした小型
装置が提案された(特開平5-291631号)。しかしこの装
置には液体ヘリウム等の冷媒を取扱う煩わしさが残っ
た。他方、超電導磁石を冷凍機で冷却するようにした伝
導冷却型超電導磁石装置が提案された(特開平6-132567
号)。この装置は、図6ロに示すように2個のステージ
を有する2段式の冷凍機16を用いたものであって、第1
ステージ17で酸化物(高温)超電導電流リード26を冷却
し、第2ステージ18で超電導磁石13を冷却する構造のも
のである。この装置では、サンプルを別のクライオスタ
ット(図示せず)で冷却しつつ、超電導磁石13の中心側
の空間Aに収める。この装置では、液体ヘリウム等の冷
媒の取扱いが不要である。
Since the above-mentioned apparatus is large because it is composed of two cryostats 61 and 63 having a vacuum container, the room temperature bore 62 of the cryostat 61 for cooling the superconducting magnet should be vacuum-sealed to contain the sample therein. Has proposed a compact device that does not require the cryostat 63 for controlling the sample cooling temperature (Japanese Patent Laid-Open No. 5-291631). However, the trouble of handling a refrigerant such as liquid helium remains in this device. On the other hand, a conduction cooling type superconducting magnet device has been proposed in which the superconducting magnet is cooled by a refrigerator (Japanese Patent Laid-Open No. 6-132567).
issue). This apparatus uses a two-stage refrigerator 16 having two stages as shown in FIG.
The structure is such that the oxide (high temperature) superconducting current lead 26 is cooled in the stage 17, and the superconducting magnet 13 is cooled in the second stage 18. In this apparatus, the sample is cooled by another cryostat (not shown) and is housed in the space A on the center side of the superconducting magnet 13. This device does not require handling of a refrigerant such as liquid helium.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記図6ロに
示した装置には次のような問題がある。 サンプル冷却温度制御用と超電導磁石冷却用の2台の
クライオスタットが必要で装置全体が大きくなる。サ
ンプル交換時にサンプル冷却温度制御用クライオスタッ
トを超電導磁石冷却用クライオスタットから抜き取る為
に、サンプル交換に労力を要する。冷凍機を2台用い
る為設備費とランニングコストが高い。本発明は、小型
で、設備費やランニングコストが安価で、サンプル交換
が容易に行える磁場下物性測定装置の提供を目的とす
る。
However, the device shown in FIG. 6B has the following problems. Two cryostats, one for controlling the sample cooling temperature and one for cooling the superconducting magnet, are required, which increases the size of the entire apparatus. Since the cryostat for controlling the sample cooling temperature is pulled out from the cryostat for cooling the superconducting magnet at the time of exchanging the sample, labor is required for exchanging the sample. Equipment cost and running cost are high because two refrigerators are used. An object of the present invention is to provide a device for measuring physical properties under a magnetic field, which is small in size, has low equipment cost and running cost, and can easily exchange samples.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、超電導磁石の
発生磁場下にサンプル保持具を配置した磁場下物性測定
装置において、第1ステージと第2ステージを有する2
段式冷凍機の第1ステージに超電導磁石が、第2ステー
ジにサンプル保持具がそれぞれ熱的に接続されているこ
とを特徴とする磁場下物性測定装置である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a magnetic field physical property measuring apparatus in which a sample holder is arranged under a magnetic field generated by a superconducting magnet, and has a first stage and a second stage.
A superconducting magnet is thermally connected to a first stage of a multistage refrigerator, and a sample holder is thermally connected to a second stage of the multistage refrigerator.

【0006】本発明において、超電導磁石にはY1 Ba
2 Cu3 x 、Bi2 St2 Ca2Cu3 x 、Bi2
St2 Ca1 Cu2 x 、Tl2 Ba2 Cu2 Ca3
x 等の任意の酸化物超電導体、金属系や化合物系の超電
導体等からなるものが適用される。冷凍機には、GM
(ギフォードマクマホン)冷凍機等の任意の冷凍機が用
いられる。GM冷凍機を用いた場合、第1ステージで35
K、第2ステージで4K程度に冷却することができる。
In the present invention, the superconducting magnet contains Y 1 Ba.
2 Cu 3 O x , Bi 2 St 2 Ca 2 Cu 3 O x , Bi 2
St 2 Ca 1 Cu 2 O x , Tl 2 Ba 2 Cu 2 Ca 3 O
Any oxide superconductor such as x , a metal-based or compound-based superconductor, or the like is applied. The refrigerator has a GM
(Gifford McMahon) Any refrigerator such as a refrigerator is used. When using a GM refrigerator, 35 in the first stage
K, it can be cooled to about 4K in the second stage.

【0007】請求項2の装置は、前記多段式冷凍機の第
1ステージに磁石ボビンが取付けられ、この磁石ボビン
に超電導磁石が取付けられ、これら磁石ボビンと超電導
磁石が真空容器により囲われると共に、磁石ボビンと超
電導磁石とが配された空間の内側に、前記多段式冷凍機
の第2ステージが配置されたサンプル保持具配置空間が
設けられ、当該サンプル保持具配置空間が前記真空容器
内の超電導磁石が配された空間から気密に仕切られ、且
つ外方に開放可能とされていることを特徴とする磁場下
物性測定装置である。
In the apparatus of claim 2, a magnet bobbin is attached to the first stage of the multi-stage refrigerator, a superconducting magnet is attached to the magnet bobbin, and the magnet bobbin and the superconducting magnet are surrounded by a vacuum container. A sample holder arrangement space in which the second stage of the multistage refrigerator is arranged is provided inside the space in which the magnet bobbin and the superconducting magnet are arranged, and the sample holder arrangement space is the superconducting material in the vacuum container. The physical property measuring device under a magnetic field is characterized in that it is airtightly partitioned from a space in which a magnet is arranged and can be opened to the outside.

【0008】[0008]

【作用】請求項1の発明では、超電導磁石の発生磁場下
にサンプル保持具を配置した磁場下物性測定装置におい
て、2段式冷凍機の第1ステージに超電導磁石が、第2
ステージにサンプル保持具がそれぞれ熱的に接続されて
いる。従って超電導磁石とサンプルの冷却を1台の冷凍
機で行うことができ、装置が小型であり、作業性が良
く、しかも設備費とランニングコストが共に安価であ
る。請求項2の発明では、請求項1の発明の磁場下物性
測定装置において、サンプル保持具配置空間が前述のご
とく形成されているので、超電導磁石の温度を常温に戻
したり、真空容器の真空を破ったりせずに、サンプル保
持具配置空間を外方に開放できる。依ってサンプル交換
を迅速に行える。
According to the first aspect of the invention, in the physical property measuring apparatus under the magnetic field in which the sample holder is arranged under the magnetic field generated by the superconducting magnet, the superconducting magnet is provided in the first stage of the two-stage refrigerator, and the second stage is used.
Each sample holder is thermally connected to the stage. Therefore, the superconducting magnet and the sample can be cooled by one refrigerator, the device is small, the workability is good, and the equipment cost and the running cost are both low. According to the invention of claim 2, in the apparatus for measuring physical properties under magnetic field of the invention of claim 1, since the sample holder arrangement space is formed as described above, the temperature of the superconducting magnet is returned to room temperature or the vacuum of the vacuum container is reduced. The sample holder placement space can be opened outward without breaking. Therefore, sample exchange can be performed quickly.

【0009】[0009]

【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。 (実施例1)図1は本発明の磁場下物性測定装置の第1
の実施例を示す側面説明図である。真空容器11内に磁石
ボビン12が配置され、前記磁石ボビン12の内部側面に超
電導磁石13が配置され、これらに囲まれた空間にサンプ
ル保持具14が配置されている。前記磁石ボビン12は、真
空容器11内にあり、その周囲が高真空の為外部からの熱
の侵入が抑制される。前記サンプル保持具14は、内側熱
輻射シールド15により包囲され、磁石ボビン12側からの
輻射熱が遮断されている。サンプル保持具14は、その伝
熱板を、内側熱輻射シールド15の開口部に接続して取付
けられている。
The present invention will be described below in detail with reference to examples. (Embodiment 1) FIG. 1 shows the first embodiment of the apparatus for measuring physical properties under a magnetic field of the present invention.
It is a side explanatory view showing an example of. A magnet bobbin 12 is arranged in a vacuum container 11, a superconducting magnet 13 is arranged on an inner side surface of the magnet bobbin 12, and a sample holder 14 is arranged in a space surrounded by these. Since the magnet bobbin 12 is inside the vacuum container 11 and its surroundings are in a high vacuum, the invasion of heat from the outside is suppressed. The sample holder 14 is surrounded by an inner heat radiation shield 15 to block radiant heat from the magnet bobbin 12 side. The sample holder 14 is attached with its heat transfer plate connected to the opening of the inner heat radiation shield 15.

【0010】前記真空容器11の下方に2段式の冷凍機16
が配置され、真空容器11の底面から真空容器11内へ前記
冷凍機16の第1ステージ17が挿入され、この第1ステー
ジ17の頂部に磁石ボビン12の底面が接続されている。又
前記第1ステージから突出する第2ステージ18の頂部に
前記内側熱輻射シールド15が接続されている。内側熱輻
射シールド15は、サンプル保持具14を冷却すると同時
に、磁石コイル12からの輻射熱を遮断する。輻射熱遮断
効果は、内側熱輻射シールド15を低温にする程高まる。
A two-stage refrigerator 16 is provided below the vacuum container 11.
The first stage 17 of the refrigerator 16 is inserted from the bottom surface of the vacuum container 11 into the vacuum container 11, and the bottom surface of the magnet bobbin 12 is connected to the top of the first stage 17. Further, the inner heat radiation shield 15 is connected to the top of the second stage 18 protruding from the first stage. The inner heat radiation shield 15 cools the sample holder 14 and at the same time blocks the radiation heat from the magnet coil 12. The radiant heat shielding effect is enhanced as the inner heat radiation shield 15 is cooled to a lower temperature.

【0011】磁石ボビン12の上部は外側熱輻射シールド
28により閉じられており、外部からの熱の侵入が遮断さ
れている。外側熱輻射シールド28は磁石ボビン12により
冷却され、輻射熱の遮断効果が高められている。磁石ボ
ビン12は、アルミニウム等の熱伝導性の良い材料で作製
される。又サンプル保持具14や内側及び外側熱輻射シー
ルド15,28 は熱伝導性の良い高純度アルミニウムや銅等
で構成される。外側熱輻射シールド28、磁石ボビン12、
及び内側熱輻射シールド15は、必要に応じ、その外周を
アルミニウムを薄く蒸着したポリエステルフィルム(ス
ーパーインシュレーション)で多層に巻いたり、金メッ
キを施したりして輻射熱遮断効果を高める。
The upper part of the magnet bobbin 12 is an outer heat radiation shield.
It is closed by 28, blocking the entry of heat from the outside. The outer heat radiation shield 28 is cooled by the magnet bobbin 12 to enhance the radiation heat blocking effect. The magnet bobbin 12 is made of a material having good thermal conductivity such as aluminum. The sample holder 14 and the inner and outer heat radiation shields 15 and 28 are made of high-purity aluminum or copper having good heat conductivity. Outer heat radiation shield 28, magnet bobbin 12,
In addition, the inner heat radiation shield 15 has a radiant heat shielding effect enhanced by winding the outer periphery thereof in multiple layers with a polyester film (super insulation) on which aluminum is thinly vapor-deposited or by applying gold plating, if necessary.

【0012】冷凍機16の第2ステージ18は、その周囲に
巻かれたヒーター22により所定温度に制御される。この
ヒーター22の電圧は、サンプル保持具14に取付られた温
度センサー23の信号に基づき、ヒーター制御器66によっ
て自動制御される。前記温度センサー23はリード線20を
通してハーメチックコネクタ21に接続されている。前記
第2ステージに接続されている内側熱輻射シールド15内
のサンプル保持具14は、前記内側熱輻射シールド15から
の輻伝導により冷却される。更にサンプル保持具14内は
バルブ付配管24を介して真空に引いたり、ヘリウムガス
等を充満させたりすることができる。ヘリウムガスは、
サンプル保持具内を対流してサンプル19の温度の均一化
を促進する。前記サンプル保持具14の中にサンプル19が
保持されている。前記サンプル19には測定リード20が取
付けられており、この測定リード20は真空容器11の上面
に配置されたハーメチックコネクタ21に接続されてい
る。
The second stage 18 of the refrigerator 16 is controlled to a predetermined temperature by a heater 22 wound around it. The voltage of the heater 22 is automatically controlled by the heater controller 66 based on the signal of the temperature sensor 23 attached to the sample holder 14. The temperature sensor 23 is connected to the hermetic connector 21 through the lead wire 20. The sample holder 14 in the inner heat radiation shield 15 connected to the second stage is cooled by radiation conduction from the inner heat radiation shield 15. Further, the inside of the sample holder 14 can be evacuated or filled with helium gas or the like through the valved pipe 24. Helium gas is
Convection in the sample holder promotes uniform temperature of the sample 19. A sample 19 is held in the sample holder 14. A measurement lead 20 is attached to the sample 19, and the measurement lead 20 is connected to a hermetic connector 21 arranged on the upper surface of the vacuum container 11.

【0013】超電導磁石13への電流は磁石電源25から電
流リード26を介して供給される。この電流リード26は、
磁石電源から磁石コイルまでは銅等の金属系電流リード
を用いるが、磁石ボビン内は酸化物超電導電流リード26
を用いてジュール熱の発生及び外部からの熱侵入を極力
抑えるようにする。酸化物超電導電流リード26は磁石ボ
ビン12に接触させて冷却する。酸化物超電導電流リード
26の材料には、超電導磁石13と同じ酸化物超電導体を用
いることができる。図で27は架台である。
Current to the superconducting magnet 13 is supplied from a magnet power supply 25 via a current lead 26. This current lead 26
A metal-based current lead such as copper is used from the magnet power supply to the magnet coil, but the oxide superconducting current lead 26
Is used to suppress generation of Joule heat and heat intrusion from the outside as much as possible. The oxide superconducting current lead 26 is brought into contact with the magnet bobbin 12 to cool it. Oxide superconducting current lead
The same oxide superconductor as the superconducting magnet 13 can be used for the material of 26. In the figure, 27 is a mount.

【0014】次に、この装置にサンプルを取付ける方法
を説明する。常温で、真空容器の蓋29、外側熱輻射シー
ルド28、内側熱輻射シールド15を順次取外し、次いで内
側熱輻射シールド15とサンプル保持具14を取出して冷凍
機の第2ステージ18が見える状態にする。次に、内側熱
輻射シールド15からサンプル保持具14を取外し、サンプ
ル保持具14内にサンプル19を取付ける。同時にサンプル
保持具14に温度センサー23、測定リード20を取付ける。
次いで、これを内側熱輻射シールド15に固定し、この内
側熱輻射シールド15を冷凍機の第2ステージ18に接続す
る。又、バルブ付配管24を取付ける。前記内側熱輻射シ
ールド15と冷凍機の第 2ステージとの接続では、熱伝導
性を考慮して、接続界面に高熱伝導性のグリースやワニ
スを塗布し、或いはインジウムシートを挿入しておく。
電気絶縁を要する場合は、薄い絶縁材を挿入しておく。
この手法は、伝熱を要する他の接続部にも適用される。
次いで磁石ボビン12の上方開口部を外側熱輻射シールド
28により、真空容器10の上方開口部を蓋29によりそれぞ
れ閉止する。
Next, a method of mounting a sample on this apparatus will be described. At room temperature, the lid 29 of the vacuum container, the outer heat radiation shield 28, and the inner heat radiation shield 15 are sequentially removed, and then the inner heat radiation shield 15 and the sample holder 14 are taken out so that the second stage 18 of the refrigerator can be seen. . Next, the sample holder 14 is removed from the inner heat radiation shield 15, and the sample 19 is mounted in the sample holder 14. At the same time, the temperature sensor 23 and the measurement lead 20 are attached to the sample holder 14.
Next, this is fixed to the inner heat radiation shield 15, and this inner heat radiation shield 15 is connected to the second stage 18 of the refrigerator. Also, install the valved pipe 24. In connection with the inner heat radiation shield 15 and the second stage of the refrigerator, in consideration of thermal conductivity, grease or varnish having high thermal conductivity is applied to the connection interface, or an indium sheet is inserted.
If electrical insulation is required, insert thin insulation.
This technique also applies to other connections that require heat transfer.
Next, the upper opening of the magnet bobbin 12 is provided with an outer heat radiation shield.
28, the upper opening of the vacuum container 10 is closed by the lid 29.

【0015】以下に、サンプルの物性値の測定手順を説
明する。先ず、真空容器11内部を真空に引く。真空容器
11内部が所定の真空度に達したら冷凍機16を運転して、
超電導磁石13及びサンプル19を冷却する。超電導磁石1
3、サンプル19、サンプル保持具14、内側熱輻射シール
ド15、磁石ボビン12、外側熱輻射シールド28等の質量が
大きくその熱容量が大きいと冷却に数時間から数日掛か
ることもある。ある程度冷却した時点で加熱用ヒーター
22を作動させてサンプル19を所定温度に制御する。バル
ブ付き配管24からヘリウムガスを流入させてサンプル温
度の均一化を促進する。次いで磁場を印加してサンプル
の物性値を測定する。サンプルの物性値は、測定リード
及びハーメチックコネクタ21を介してレコーダー(図示
せず)に記録する。
The procedure for measuring the physical properties of the sample will be described below. First, the inside of the vacuum container 11 is evacuated. Vacuum container
11 When the inside reaches a predetermined vacuum degree, operate the refrigerator 16 and
The superconducting magnet 13 and the sample 19 are cooled. Superconducting magnet 1
3. If the mass of the sample 19, the sample holder 14, the inner heat radiation shield 15, the magnet bobbin 12, the outer heat radiation shield 28, etc. is large and their heat capacity is large, it may take several hours to several days for cooling. Heater for heating when cooled to some extent
22 is operated to control the sample 19 to a predetermined temperature. Helium gas is introduced from the valved pipe 24 to promote uniformization of the sample temperature. Then, a magnetic field is applied to measure the physical properties of the sample. The physical properties of the sample are recorded in a recorder (not shown) via the measurement lead and the hermetic connector 21.

【0016】サンプル19を交換するときは、冷凍機16を
止めて超電導磁石13及びサンプル19を常温に戻す。加熱
用ヒーター22を使用して加熱しても、常温に戻すにはあ
る程度時間が掛かる。常温に戻った時点で真空容器11の
蓋29を外してサンプル取付けのときと逆の手順でサンプ
ル19を取外す。サンプルの取付け及び配置の手順は前述
と同じ方法により行われる。
When replacing the sample 19, the refrigerator 16 is stopped and the superconducting magnet 13 and the sample 19 are returned to room temperature. Even if the heater 22 for heating is used for heating, it takes some time to return to normal temperature. When the temperature returns to room temperature, the lid 29 of the vacuum container 11 is removed, and the sample 19 is removed in the reverse order of the sample mounting procedure. The procedure for mounting and arranging the sample is performed by the same method as described above.

【0017】この超電導磁石は冷凍機伝導型なので煩わ
しい冷媒の取扱いが不要である。冷凍機の第1ステージ
17により酸化物超電導磁石が所定温度に冷却されて超電
導状態になれば、あとは電流を供給することにより磁場
が発生する。サンプルは冷凍機の第2ステージ18による
冷却とヒーター22による加熱により所定温度に容易に制
御できる。このように1台の冷凍機で磁場の印加とサン
プルの冷却温度制御が行えるので、装置が小型であり、
設備費やランニングコストも安価である。又サンプル交
換も容易である。
Since this superconducting magnet is a refrigerator conduction type, troublesome handling of the refrigerant is unnecessary. The first stage of the refrigerator
When the oxide superconducting magnet is cooled to a predetermined temperature by 17 and becomes superconducting, a magnetic field is generated by supplying an electric current. The sample can be easily controlled to a predetermined temperature by cooling by the second stage 18 of the refrigerator and heating by the heater 22. In this way, one refrigerator can apply a magnetic field and control the cooling temperature of the sample, so the device is small,
Equipment costs and running costs are also low. Also, sample exchange is easy.

【0018】(実施例2)図2は本発明の磁場下物性測
定装置の第2の実施例を示す側面説明図である。この装
置は、実施例1(図1)のものに比較して、内側熱輻射
シールド15の側壁を上方に延長してある。この延長側壁
の上部は外側に鍔状に広げられている。この鍔部46は磁
石ボビン12の上面の内周縁部に密接されている。この鍔
部46上面から真空容器11の蓋29までの間には筒体40が設
けられている。真空容器11の内部と筒体40内とは気密に
遮断されている。これにより、サンプル保持具配置空間
Aは真空容器11内の真空状態を損なうことなく外部に開
放される構造になっている。筒体40の上部はバッフル付
きフランジ41のフランジ部42により密封されている。前
記フランジ部42は真空容器11の蓋29に接続されている。
前記バッフル付きフランジ41は、図3にその斜視図を示
すように、フランジ部42に軸棒43を設け、この軸棒43に
バッフル44を複数枚所定間隔を開けて取付けたもので、
このバッフル44が外部からの輻射熱を反射して、熱の侵
入を阻止する。フランジ42及びバッフル44には、銅、ア
ルミニウム等の導電性を有する薄板が用いられる。サン
プル保持具14は、内側熱輻射シールド15の底部に、図1
の場合とは逆向きに、その伝熱板45を下にして配置さ
れ、内側熱輻射シールド15の底部を介して第2ステージ
18により冷却される。このサンプル保持具配置空間は、
図1に示した装置と同様に、バルブ付き配管24により真
空引き又はヘリウムガス置換等が行われる。この例では
バルブ付き配管24がバッフル付きフランジ41に接続され
ている。又サンプル19に取付けられたリード線20とサン
プル保持具14の温度制御器23に取付けられたリード線は
バッフル付きフランジ41の上面に配置されたハーメチッ
クコネクタ21に接続されている。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a side view showing a second embodiment of the device for measuring physical properties under a magnetic field of the present invention. In this device, the side wall of the inner heat radiation shield 15 is extended upward as compared with that of the first embodiment (FIG. 1). The upper part of the extended side wall is flared outward in a brim shape. The flange 46 is in close contact with the inner peripheral edge of the upper surface of the magnet bobbin 12. A tubular body 40 is provided between the upper surface of the collar portion 46 and the lid 29 of the vacuum container 11. The inside of the vacuum container 11 and the inside of the tubular body 40 are hermetically shut off from each other. As a result, the sample holder placement space A is open to the outside without impairing the vacuum state in the vacuum container 11. The upper portion of the tubular body 40 is sealed by the flange portion 42 of the baffled flange 41. The flange portion 42 is connected to the lid 29 of the vacuum container 11.
As shown in the perspective view of FIG. 3, the baffled flange 41 is provided with a shaft rod 43 in the flange portion 42, and a plurality of baffles 44 are attached to the shaft rod 43 at predetermined intervals.
The baffle 44 reflects the radiant heat from the outside and prevents the heat from entering. For the flange 42 and the baffle 44, thin plates having conductivity such as copper and aluminum are used. The sample holder 14 is attached to the bottom of the inner heat radiation shield 15 as shown in FIG.
The second stage is arranged in the opposite direction to that of the case with the heat transfer plate 45 facing down and through the bottom portion of the inner heat radiation shield 15.
Cooled by 18. This sample holder placement space is
As in the case of the apparatus shown in FIG. 1, evacuation or helium gas replacement is performed by the valved pipe 24. In this example, the valved pipe 24 is connected to the baffled flange 41. The lead wire 20 attached to the sample 19 and the lead wire attached to the temperature controller 23 of the sample holder 14 are connected to the hermetic connector 21 arranged on the upper surface of the baffled flange 41.

【0019】この装置は、サンプル保持具配置空間A
が、内側熱輻射シールド15と筒体40とにより、真空容器
内の超電導磁石配置空間Cから気密に遮断された状態に
あり、且つ外部に直接開放される構造になっている。従
ってサンプル交換は、例えば、下記〜のようにして
行うことができる。 先ず、少なくとも、内側熱輻射シールド15の内面側を
図示しないヒーターで加熱して常温に戻し、この後、バ
ッフル付きフランジ41を取外してサンプル19を交換す
る。次いでバッフル付きフランジ41で再びサンプル保持
空間Aを閉じた後、内側熱輻射シールド15内面の加熱を
中止して再度サンプル保持空間Aの温度を下げると共
に、真空引きする。 先ず、バッフル付きフランジ41を取外してサンプル19
を交換し、次いで、図示しない加熱源によりサンプル保
持空間A内に付着した水分を蒸発させて除去し、この
後、バッフル付きフランジ41を取付けてサンプル保持空
間Aを閉じ、この空間Aの真空引きと冷却とを行う。 先ず、第2ステージ18に取付けたヒーター22を入れ
て、内側熱輻射シールド15内を常温に戻し、この後、バ
ッフル付きフランジ41を取外してサンプル19を交換す
る。この後フランジ41を閉じ、ヒーター22による加熱を
停止して、サンプル保持空間Aの真空引きと冷却を行
う。このように、この実施例の装置では、サンプル交換
を、加温や大気開放する部分をサンプル19を設置した部
分近傍に限定できる。この為、真空容器内部の超電導磁
石13が設置されている空間Cを大気圧にする必要がな
く、又超電導磁石13を常温まで戻す必要もない。従っ
て、サンプル交換時間が短縮される。尚、サンプル19を
設置した部分近傍を加熱したのみでは、熱容量の大きな
超電導磁石13の設置された部分が常温に戻ることはな
い。このサンプル交換時間の短縮は、磁場を印加しない
低温物性測定装置に適用しても同様に発現される。
This apparatus has a sample holder arrangement space A
However, the inner heat radiation shield 15 and the tubular body 40 are in a state where they are hermetically shielded from the superconducting magnet arrangement space C in the vacuum container and are directly opened to the outside. Therefore, the sample exchange can be performed, for example, as described below. First, at least the inner surface side of the inner heat radiation shield 15 is heated by a heater (not shown) to return it to room temperature, and then the baffled flange 41 is removed to replace the sample 19. Next, after the sample holding space A is closed again by the baffled flange 41, the heating of the inner surface of the inner heat radiation shield 15 is stopped, the temperature of the sample holding space A is lowered again, and a vacuum is drawn. First, remove the baffled flange 41 to remove sample 19
Is exchanged, and then the water adhering to the sample holding space A is evaporated and removed by a heating source (not shown). Then, the flange 41 with a baffle is attached to close the sample holding space A, and the space A is evacuated. And cooling. First, the heater 22 attached to the second stage 18 is put in, and the inside of the inner heat radiation shield 15 is returned to room temperature. Then, the flange 41 with the baffle is removed and the sample 19 is replaced. Thereafter, the flange 41 is closed, heating by the heater 22 is stopped, and the sample holding space A is evacuated and cooled. As described above, in the apparatus of this embodiment, the sample exchange can be limited to the vicinity of the portion where the sample 19 is installed in the portion for heating or opening to the atmosphere. Therefore, it is not necessary to bring the space C in the vacuum container in which the superconducting magnet 13 is installed to atmospheric pressure, and it is not necessary to return the superconducting magnet 13 to room temperature. Therefore, the sample exchange time is shortened. In addition, only by heating the vicinity of the portion where the sample 19 is installed, the portion where the superconducting magnet 13 having a large heat capacity is not returned to room temperature. This shortening of the sample exchange time is similarly exhibited even when applied to a low temperature physical property measuring device to which a magnetic field is not applied.

【0020】前述の内側熱輻射シールド15の頂部の鍔部
46は、磁石ボビン12の開口部に接続されて熱アンカーの
役割を果している。つまり外部からの流入熱量のうちの
一部を鍔部(熱アンカー)46を介して磁石ボビン(ヒー
トシンク)12に吸収させサンプル保持具14への外部熱の
流入を低減する。尚、磁石ボビン12を冷凍機16の第1ス
テージに接続した場合の磁石ボビン12の開口部周辺の温
度は50K程度になる。
The collar portion on the top of the above-mentioned inner heat radiation shield 15
46 is connected to the opening of the magnet bobbin 12 and serves as a heat anchor. That is, a part of the amount of heat that flows in from the outside is absorbed by the magnet bobbin (heat sink) 12 via the collar (heat anchor) 46, and the flow of external heat into the sample holder 14 is reduced. The temperature around the opening of the magnet bobbin 12 when the magnet bobbin 12 is connected to the first stage of the refrigerator 16 is about 50K.

【0021】(実施例3)図4は本発明の磁場下物性測
定装置の第3の実施例を示す側面説明図である。この実
施例の装置は、磁石ボビン12と内側熱輻射シールド15の
鍔部46とからなる途中冷却部(サーマルアンカー部)に
熱スイッチ70を設置したものである。この熱スイッチ70
は、磁石ボビン12と内側熱輻射シールド15間の伝熱量を
制御するものである。この熱スイッチ70は、機械的なも
のでもよいが、構造が複雑になる。図4に示す熱スイッ
チ70は、ケーシング71内にヘリウムガス72を出し入れす
る構造のもので、構造が簡単である。この熱スイッチ70
では、サンプルを冷却するときは、ケーシング71内にヘ
リウムガス72を充満させ、その対流で内側熱輻射シール
ド15からの侵入熱が磁石ボビン12に速やかに吸収され
る。サンプル交換の際は、ケーシング内を真空に引いて
磁石ボビン12と内側熱輻射シールド15間を断熱して、サ
ンプルが短時間で常温に戻るようにする。内側熱輻射シ
ールド15と磁石ボビン12との接続部を暖めれば、常温へ
の戻し時間が更に短縮される。戻し時間が短縮されれ
ば、磁石ボビン12や超電導磁石13の昇温も最低限に抑え
られる。尚、ケーシングの材質や寸法は、それ自体が熱
媒体になることを配慮して決める必要がある。
(Embodiment 3) FIG. 4 is a side view showing the third embodiment of the physical property measuring apparatus under the magnetic field of the present invention. In the apparatus of this embodiment, a thermal switch 70 is installed in an intermediate cooling section (thermal anchor section) consisting of the magnet bobbin 12 and the flange section 46 of the inner heat radiation shield 15. This thermal switch 70
Controls the amount of heat transfer between the magnet bobbin 12 and the inner heat radiation shield 15. The thermal switch 70 may be mechanical, but the structure is complicated. The thermal switch 70 shown in FIG. 4 has a structure in which the helium gas 72 is put into and taken out of the casing 71, and the structure is simple. This thermal switch 70
Then, when the sample is cooled, the casing 71 is filled with the helium gas 72, and the convection thereof causes the invasion heat from the inner heat radiation shield 15 to be rapidly absorbed by the magnet bobbin 12. When exchanging the sample, the inside of the casing is evacuated to insulate the space between the magnet bobbin 12 and the inner heat radiation shield 15 so that the sample returns to the normal temperature in a short time. If the connection between the inner heat radiation shield 15 and the magnet bobbin 12 is warmed, the time required for returning to room temperature is further shortened. If the return time is shortened, the temperature rise of the magnet bobbin 12 and the superconducting magnet 13 can be suppressed to the minimum. It should be noted that the material and dimensions of the casing must be determined in consideration of the fact that the casing itself becomes a heat medium.

【0022】図5は一般的な熱アンカーによる流入熱量
低減法の説明図である。液体ヘリウム貯留容器50の首部
51に金属片(熱アンカー)52が接続され、金属片52の他
端には液体窒素貯留容器(ヒートシンク)53が接続され
ている。外部からの流入熱量Q1 のうちQ2 は金属片52
を介してヒートシンク53に吸収され、残りの熱量Q3
液体ヘリウムに流入する。このヒートシンク53により本
来液体ヘリウムに流入する筈のQ1 の熱量が(Q1 −Q
2)に低減する。前記金属片52の接続は熱伝導性を良くす
る為、溶接、半田付け、又はインジウム等を介してボル
ト締めする等の方法により行う。
FIG. 5 is an explanatory view of a method for reducing the inflowing heat quantity using a general heat anchor. Neck of liquid helium storage container 50
A metal piece (thermal anchor) 52 is connected to 51, and a liquid nitrogen storage container (heat sink) 53 is connected to the other end of the metal piece 52. Of the heat input Q 1 from the outside, Q 2 is a metal piece 52
After being absorbed by the heat sink 53, the remaining heat quantity Q 3 flows into the liquid helium. Due to this heat sink 53, the heat quantity of Q 1 that should originally flow into the liquid helium is (Q 1 -Q
2 ). In order to improve the thermal conductivity, the metal pieces 52 are connected by welding, soldering, or bolting via indium or the like.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の磁場下物
性測定装置は、1台の冷凍機で超電導磁石とサンプルの
冷却を行うもので、小型であり、設備費やランニングコ
ストも安価である。又サンプル交換も容易である。更に
サンプル保持具配置空間を真空容器内の超電導磁石配置
空間から気密に遮断し且つサンプル保持具配置空間を真
空容器外部に直接開放可能にすることによりサンプルの
交換を迅速に行える。
As described above, the apparatus for measuring physical properties under a magnetic field according to the present invention cools a superconducting magnet and a sample with a single refrigerator, is small in size, and has low equipment costs and running costs. Is. Also, sample exchange is easy. Further, the sample holder arrangement space is hermetically shielded from the superconducting magnet arrangement space in the vacuum container, and the sample holder arrangement space can be directly opened to the outside of the vacuum container, so that the sample can be quickly exchanged.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の磁場下物性測定装置の第1の実施例を
示す側面説明図である。
FIG. 1 is a side view illustrating a first embodiment of a physical property measuring apparatus under a magnetic field of the present invention.

【図2】本発明の磁場下物性測定装置の第2の実施例を
示す側面説明図である。
FIG. 2 is a side view showing a second embodiment of the device for measuring physical properties under a magnetic field of the present invention.

【図3】外部からの熱流入を遮断する為のバッフル付き
フランジの斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of a flange with a baffle for blocking heat inflow from the outside.

【図4】本発明の磁場下物性測定装置の第3の実施例を
示す側面説明図である。
FIG. 4 is a side view showing the third embodiment of the physical property measuring apparatus under the magnetic field of the present invention.

【図5】熱アンカーによる流入熱量低減法の説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a method of reducing an inflowing heat amount by using a thermal anchor.

【図6】従来の磁場下物性測定装置の側面説明図であ
る。
FIG. 6 is a side view illustrating a conventional physical property measuring device under a magnetic field.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,71 ─真空容器 12───磁石ボビン 13───超電導磁石 14───サンプル保持具 15───内側熱輻射シールド 16,66 ─冷凍機 17───第1ステージ 18───第2ステージ 19───サンプル 20───測定リード 21───ハーメチックコネクタ 22───ヒーター 23───温度センサー 24───バルブ付配管 25───超電導磁石電源 26───酸化物超電導電流リード 27───架台 28───外側熱輻射シールド 29───真空容器の蓋 40───筒体 41───バッフル付きフランジ 42───フランジ部 43───軸棒 44───バッフル 45───サンプル保持具の電熱板 46───内側熱輻射シールドの鍔部 50───液体ヘリウム貯留容器 51───液体ヘリウム貯留容器の首部 52───金属片 53───液体窒素貯留容器 61───超電導磁石冷却用クライオスタット 62───常温ボアー 63───サンプル冷却温度制御用クライオスタット 65───熱輻射シールド 66───ヒーター制御器 70───熱スイッチ 71───ケーシング 72───ヘリウムガス 11,71 ─ Vacuum container 12 ── Magnet bobbin 13 ─── Superconducting magnet 14 ─── Sample holder 15 ─── Inner heat radiation shield 16,66 ─ Refrigerator 17 ─── First stage 18 ─── Second stage 19 ─── Sample 20 ─── Measuring lead 21 ─── Hermetic connector 22 ─── Heater 23 ─── Temperature sensor 24 ─── Pipe with valve 25 ─── Power supply for superconducting magnet 26 ─── Oxidation Superconducting conductive lead 27 ─── Frame 28 ─── Outside heat radiation shield 29 ─── Vacuum container lid 40 ─── Cylindrical body 41 ─── Baffled flange 42 ─── Flange 43 ─── Shaft rod 44 ─── Baffle 45 ─── Heating plate of sample holder 46 ─── Collar of inner heat radiation shield 50 ─── Liquid helium storage container 51 ─── Neck of liquid helium storage container 52 ─── Metal strip 53 ─── Liquid nitrogen storage container 61 ─── Cryostat for cooling superconducting magnets 62 ─── Room temperature bore 63 ─── Cryostat for controlling sample cooling temperature 65 ─── Heat radiation shield 66 ─── Heater controller 70 ─── Thermal switch 71 ─── Casing 72 ─── Helium gas

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超電導磁石の発生磁場下にサンプル保持
具を配置した磁場下物性測定装置において、第1ステー
ジと第2ステージとを有する多段式冷凍機の第1ステー
ジに超電導磁石が、第2ステージにサンプル保持具がそ
れぞれ熱的に接続されていることを特徴とする磁場下物
性測定装置。
1. A device for measuring physical properties under a magnetic field in which a sample holder is arranged under a magnetic field generated by a superconducting magnet, wherein a superconducting magnet is provided at a first stage of a multistage refrigerator having a first stage and a second stage. An apparatus for measuring physical properties under a magnetic field, wherein sample holders are thermally connected to a stage.
【請求項2】 前記多段式冷凍機の第1ステージに磁石
ボビンが取付けられ、この磁石ボビンに超電導磁石が取
付けられ、これら磁石ボビンと超電導磁石が真空容器に
より囲われると共に、磁石ボビンと超電導磁石とが配さ
れた空間の内側に、前記多段式冷凍機の第2ステージが
配置されたサンプル保持具配置空間が設けられ、当該サ
ンプル保持具配置空間が、前記真空容器内の超電導磁石
が配された空間から気密に仕切られ、且つ外方に開放可
能とされていることを特徴とする請求項1記載の磁場下
物性測定装置。
2. A magnet bobbin is attached to the first stage of the multi-stage refrigerator, a superconducting magnet is attached to the magnet bobbin, the magnet bobbin and the superconducting magnet are surrounded by a vacuum container, and the magnet bobbin and the superconducting magnet are attached. A sample holder arrangement space in which the second stage of the multistage refrigerator is arranged is provided inside the space in which the and are arranged, and the sample holder arrangement space is arranged with the superconducting magnet in the vacuum container. An apparatus for measuring physical properties under a magnetic field according to claim 1, wherein the apparatus is airtightly partitioned from the open space and can be opened to the outside.
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