JPS61231778A

JPS61231778A - 超伝導シ−ルド体

Info

Publication number: JPS61231778A
Application number: JP60073193A
Authority: JP
Inventors: Yasuharu Yamada; 康晴山田; Mikio Takagi; 高木　幹雄
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1985-04-05
Filing date: 1985-04-05
Publication date: 1986-10-16

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、５ＱＵＩＩ’）（超伝導Ｍ子干渉装置）磁
力計などに使用される超伝導シールド体に関する。

（先行技術とその問題点）ＳＱＵＩＤ！ｉ力計によって微小磁束を測定する場合、
たとえばモノポール（１１気単極子）の検知を行なおう
とする場合などにおいては、周辺機器からの誘導雷！ｉ
波や地磁気の影響を阻止して精密な測定を行なわねばな
らない関係上、なんらかの手段による磁気シールドを必
要とする。このような目的に使用される磁気シールド体
としては、パーマロイなどの高透磁率合金を使用したも
のや、超伝導体を使用した超伝導シールド体などがある
。

このうち、前者では、液体ヘリウムを充填した極低温容
器の周辺に、高透磁率合金によって形成された大型の磁
気シールド体を設けねばならない関係上、材料費や加工
費が相当に高価となる。また、そのようにして多額の費
用をかけても、磁気シールド効果はあまり大きくはない
という欠点がある。

一方、後者では、液体ヘリウム中に、鉛（Ｐｂ　”）や
ニオブ（Ｎｂ　）などの超伝導体によって形成された超
伝導シールド体を浸し、それによってピックアップコイ
ルなどを包囲している。ところが、Ｐｂなとの第１種超
伝導体では、一般に臨界磁場が小さいため、外部磁場が
大きくなると常伝導状態へと相転移してしまい、磁気シ
ールド効果が消失してしまうという問題がある。また、
Ｐｂなどは機械的に軟弱であるために、その磁気的性質
を一様に保ったままで超伝導体層を薄くすることは困難
であって、一般にかなり厚い超伝導体層として形成する
必要がある。したがって、大面積の磁気シールド体を必
要とする場合などにおいては熱容量が相当に大きくなっ
てしまい、液体ヘリウムによる冷却効率の低下を招いて
しまうという欠点もある。さらに、上記の機械的軟弱性
に基因して、形状が一定しない上に取扱いもむづがしく
、これがノイズ発生の原因となるために、磁気シールド
効果が十分ではないという欠点らある。

これに対して、Ｎｂなどの第２種超伝導体を用いた場合
には、上部臨界磁場がかなり大きいため、外部！１＠が
比較的大きな場合でもシールド効果を保つことができる
が、混合状態においてはボーテックス（渦糸）の侵入が
あるために、そのシールド効果は必ずしも完全ではない
。また、このような第２種超伝導体では磁束の進入の深
さく　Ｐ　ｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　　Ｑ　ｅｐｔｈ）λ
が比較的小さいために、超伝導シールド体を薄くするこ
とができ、熱容量などの問題は少ないが、超伝導体層を
薄くすると格子欠陥や不純物の影響が相対的に大きくな
って、これらに基因する超伝導シールド体内部への磁束
の侵入が発生する。そして、外部磁場の変動などによっ
てこの侵入磁束が変動するために、ノイズが発生してし
まうという問題もある。

（発明の目的）この発明は、上記のような問題を克服するためになされ
たものであって、比較的薄く形成することができ、熱容
量を小さくすることが可能で、機械的にも安定で堅牢と
することができるような、安価で磁気シールド効果の高
い超伝導シールド体を提供することを目的とする。

（目的を達成するための手段）上記の目的を達成するため、この発明にかかる超伝導シ
ールド体は、第１種超伝導体層と第２種超伝導体層との
積層構造を有するものとして形成されている。

（実施例）第１図は、この発明の超伝導シールド体を利用すること
のできる装置の一例としての、ＳＱＵ　ＩＤ磁力計の基
本的構成を示す図である。同図において、被測定系（図
示せず）からの微小磁束は、ＮｂややＮｂ　Ｔｉ線など
によって形成されたピックアップコイル１と鎖交し、こ
の微小磁束は、上記ピックアップコイル１に接続された
インプットコイル２の磁束へと変換される。ジョセフソ
ン接合３を有する５ＱｔＪＩＤ素子４は、このインプッ
トコイル２からの磁束の大きさに応じて、そのインダク
タンスが周期的に変化する。

一方、ＲＦ（ラジオ周波数）電流源５がらタンク回路６
に対して与えられたＲＦ雷電流、この５ＱＵＩＤｉ子４
のインダクタンス変化によって変調を受け、その変調波
はＲＦ増幅器７によって増幅された後、検出器８におい
て検出され、それによって、被測定系の磁束が測定され
る。これらのうち、インプットコイル２．５ＱＬＪＩＤ
素子４およびタンク回路６を含む磁気結合系９と、ピッ
クアップコイル１とは、液体ヘリウムＬＨｅ中に浸され
ている。また、超伝導シールド体１０は、ピックアップ
コイル１を包囲するような容器状とされており、以下に
示すような超伝導シールド体として形成される。

第２図（ａ）は、この発明の第１の実施例である超伝導
シールド体の構成を部分断面図として示す図である。こ
の図において、この超伝導シールド体２０は、第２種超
伝導体層２２と第１種超伝導体層２３とのｖ４層構造を
有しており、これらは支持基材層２１の上に設けられて
、この支持基材層２１によって支持されている。このう
ち、支持基材層２１は、たとえばガラス基布エポキシ板
などのＦＲＰ（繊維強化プラスチック）であり、フェノ
ール板やポリエステル根を使用してらよい。

一方、この実施例における第２種超伝導体層２２は、Ｎ
ｂなどの第２種超伝導体によって、また、第１種超伝導
体層２３は、Ｐｂなどの第１種超伝導体によって、それ
ぞれ形成されている。これは、たとえばＰｂをメッキし
たＮｂ板を、上記支持基材層２１の表面に接着して形成
することができる。

次に、第２図＜ａ＞に示した構成による作用を説明する
。第３図は周知の超伝導体の相図を示したものであり、
このうち第３図（ａ）は第１種超伝導体の相図であって
、超伝導（マイスナー）領域ＳＰと常伝導領ｉｉｉ！Ｎ
Ｍとが、臨界曲線ＣＲを境界にして接している。また、
同図（ｂ）は第２種超伝導体の相図であって、２つの臨
界曲線ＣＲ１゜０Ｒ２によって境界を接する超伝導領域
ＳＰ１混合状態領域ＭＸおよび常伝導領域ＮＭが存在す
る。

これらの図において、ＨはｆＩｉ場、王は温度、１−ｃ
は臨界温度、Ｈは臨界磁場、ＨＣｌおよびＨｃ２は下部
および上部臨界磁場（カッコ内は温度変数であって、Ｏ
は絶対零度を、１ｏは液体ヘリウム温度をそれぞれ意味
する。）をそれぞれ示す。

このような相領域を有する第１種および第２種超伝導体
で第２図（ａ）の第１種および第２種超伝導体層２３．
２２を形成し、温度Ｔを液体ヘリウム温度Ｔ。に保った
ままで、外部磁場φが次第に増加していった場合を考え
る。すると、外部磁場φが小さいときには、第２図（ａ
）の第２種超伝導体層２２とともに第１種超伝導体層２
３が完全反磁性〈マイスナー状態であって、外部からの
磁束をほぼ完全にシールドしている。

次に外部磁場φが大きくなって第３図（ｂ）の下部臨界
磁場Ｈ６１（−「ｏ）に至ると、第２種超伝導体層２２
は混合状態となってボーテックスの侵入が生ずるが、こ
の段階では第１種超伝導体層２３はまだマイスナー状態
であって、この超伝導シールド体２０の全体的なシール
ド効果は依然として確保されている。さらに外部磁場φ
が大きくなって、第３図（ａ）の臨界磁場Ｈ＜Ｔｏ）（
通常、１０４Ａ／ｍａ１２５Ｇ程度）に達すると、第１
種超伝導体層２３は常伝導領１１ｉ！ＮＭへの一次相転
移を生じてシールド効果はなくなってしまう。

しかしながら、一般に、Ｈ（Ｔｏ）くＨＣ２（Ｔ。）の
関係があるため、この磁場の大きさにおいては、第２種
超伝導体層２２がまだ混合状態領域ＭＸにあり、上記ボ
ーテックスの侵入はあるものの、かなりのシールド効果
を呈する。そして、このボーテックスの形態で侵入する
磁束が外部磁場φの変動によって移動しようとしても、
既に常伝導状態となっている第１種超伝導体層２３の内
部に渦電流が発生し、その変動を阻止ないしは抑制する
のである。これは、不純物や格子欠陥によって磁束が侵
入した場合も同様である。

このため、侵入磁束によるノイズ発生が軽減され、高い
シールド効果が得られる。また、このようにして侵入磁
束の変動を防止できるために、第１種および第２種超伝
導体１１２３．２２を厚くする必要がなく、その厚さは
、磁束の侵入の深さλ（〜１Ｏ−５１１１１１）のオー
ダーよりも大きな程度で十分である。これは事実上、か
なり簿いものでもよいことを意味するため、これによる
熱容量はかなり小さくなり、液体ヘリウムによる冷却効
率の低下を防止することができる。もちろん、外部磁場
φの大きさが温度Ｔ　における上部臨界磁場Ｈ６２（Ｔ
ｏ）に達すれば第２種超伝導体層２４も二次相転移を生
じて常伝導領域ＮＭに移るが、周知のように上部臨界磁
場Ｈｃ２（Ｔｏ）はＨ６（Ｔｏ）の１０〜１００倍程度
であってかなり大きく、実用土、問題はない。

一方、この実施例では、上記第１種および第２種超伝導
体層２３．２２を支持するために支持基材層２１を設け
ているが、これは、大型の装置などに使用する場合にお
いて、機械的強度を担保することを目的としている。機
械的に堅牢とするために、取扱いのむつかしい各超伝導
体層それ自体を厚くすることなく、このような支持基材
層２１を用いることができるのは、上述のようにシール
ド効果を維持したままで各超伝導体層を薄くできるから
である。

第２図（ｂ）にこの発明の第２の実施例を示す。

この実施例の超伝導シールド体３０は、支持基材層２１
の上に電気的良導体層２４を設け、その上に第２種超伝
導体層２２および第１種超伝導体層２３を設けて形成さ
れている。この電気的良導体層２４は、Ｃ０（銅）層や
Ａｌ（アルミニウム）層などが用いられ、たとえば高純
度のＣｕを接着あるいは無電界メッキによって設けたも
のである。

この支持基材層２１と電気的良導体層２４との結合体は
、プリント配線板（典型的には、支持基材層２１の厚さ
１．６ｍ＞として常用されているものを利用することも
できる。このような電気的良導体層２４を設けると、上
述した渦電流がこの電気的良導体層２４内部でも発生す
るため、シールド効果はさらに向上する。特に、臨界磁
場Ｈ６（Ｔｏ）以下における渦電流の発生は、この電気
的良導体層２４が中心となる。

第２図（Ｃ）は、この発明の第３の実施例を示す。この
実施例の超伝導シールド体４０では、支持基材２１の両
面に第２種超伝導体層２２ａ、２２ｂを設け、さらに第
１種超伝導体層２３ａ、２３ｂをそれぞれ設けて、両方
向の磁場φ、φ′に対するシールド効果を高めた構成と
なっている。

第４図は、この発明の超伝導シールド体を用いて作成さ
れた筒状シールド体の例を示す。この筒状シールド体５
０は、第１図の磁気結合系９などを収納するために使用
することができる比較的小型のものであって、中空部５
１のまわりに、同心円筒状の電気的良導体層５２を設け
、その内部に第１種超伝導体層５３と第２種超伝導体層
５４とが設けられている。なお、この筒状シールド体５
０は、上述したように比較的小型のものであるため、電
気的良導体層５２をある程度厚くしておけば機械的にも
かなり堅牢となり、支持基材層を別個に設ける必要はな
い。　ところで、この発明の超伝導シールド体は、上記
実施例の構造に限定されるものではなく、たとえば次の
ような変形も可能である。

（１）　　第１種超伝導体層と第２種超伝導体層との積
層順序は特に限定するものではない。

（２）　　超伝導シールド体を形成する各層のそれぞれ
を複数層ずつ設けて交互に積層させれば、より高いシー
ルド効果が得られる。

（３）　　各超伝導体層は、ｐｂやＮｂに限らず、Ｗ、
Ｎｂ　３　Ｓｎ　、Ｎｂ　Ｔｉなど、用途に応ＵＴ選択
された任意のものでよい。支持基板を使用する場合も、
上記実施例で例示したもののほか、各種プラスチック材
など、種々のものが考えられる。

（４）　　この発明の超伝導シールド体は、５ＱＵＩＤ
磁力計に限らず、高度の磁気シールドを要する各種装置
などに使用できる。

（発明の効果）以上説明したように、この発明によれば、薄い超伝導体
層でも十分な磁気シールド効果を得ることができるため
に、熱容量が小さくすることが可能で、機械的にも安定
で堅牢に構成することができ、安価で磁気シールド効果
の高い超伝導シールド体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の超伝導シールド体を利用することの
できる５ＱＵＩＤ磁力系の基本的構成を示す図、第２図
はこの発明の実施例の部分断面図、第３図は超伝導体の
相図、第４図はこの発明の実施例である超伝導シールド
体を用いて形成された筒状シールド体を示す図である。１・・・ピックアップコイル、４・・・５ＱＵＩＤ素子
、２１・・・支持基材層、２２．２２ａ−ｂ、５４−・・第２種超伝導体層、２３
．２３ａ〜３，５３・・・第１種超伝導体層、２４．５
２・・・電気的良導体層第１図第２凹

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１種超伝導体層と第２種超伝導体層との積層構
造を有する超伝導シールド体。
（２）前記積層構造は、支持基材層上に設けられて、前
記支持基材層によつて支持された、特許請求の範囲第１
項記載の超伝導シールド体。