JPS63263370A - 断熱装置 - 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〕 本発明は、断熱装置に係り、特に極めて良好な断熱性能
を要求されるクライオスタットに好適な断熱装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特公昭６１−２８９０７号公報に記載の
ように、真空断熱層内にある被冷却体である超電導マグ
ネットを二重に取り囲む二つの輻射シールドを、被冷却
体に対し内側を液体ヘリウムよりもやや高い温度に、外
側を液体窒素またはそれに準じる温度に保ち、輻射侵入
熱を低減する構造となっていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、輻射シールドの反射率の向上に限界が
あるため、二重構造をとるなどの複雑な構成をとる必要
があった。

本発明の目的は、輻射シールドの反射率を向上させ、簡
単な構造で断熱性能を高めることにある。

〔問題点を解決するための手段・〕

（１）上記目的は、断熱装置の真空断熱槽内の輻射シー
ルドの高温側に対向する面を超電導状態にある超電導材
料とし、低温側に対向する面を銀またはアルミニウム等
の反射率の高い材料とした輻射シールドを用いることに
より達成される。

（２）また、上記目的は、真空断熱槽の外側及び真空側
の少なくとも一つの面の表面を超電導状態にある超電導
材料とすることにより達成される。

（３）更に上記目的は、断熱装置の真空断熱槽内の液体
窒素及びそれぞれに準じる温度にある輻射シールドを、
液体窒素の温度以上で超電導状態が実現できる超電導材
料でできた超電導輻射シールドを用いることにより達成
される。

（４）更に上記目的は、上記超電導輻射シールドとして
、アルミニウム、銅、又は高熱伝導性セラミックス等の
高熱伝導材料を基板とし、その表面に上記超電導材料の
膜を形成した複合超電導輻射シールドを用い゛ることに
より達成される。

（５）更に上記目的は、前記複合超電導輻射シールドの
基板表面を鏡面仕上げした前記輻射シールドを用いるこ
とにより達成される。

（６）更に上記目的は、前記複合超電導輻射シールド表
面に、上記超電導材料の光又は電磁波の反射率が低い領
域で反射率の高い銀又はアルミニウム等の薄膜層を形成
することにより達成される。

（７）更に上記目的は、超電導輻射シールドとして。

アルミニウム、銅または高熱伝導性セラミック等の高熱
伝導性材料の基板の周囲に、テープ状または薄板状の前
記超電導材料を前記基板表面が輻射熱が侵入してくる方
向に対して見えないように配置し、接着剤等で固定した
複合超電導輻射シールドを用いることにより達成される
。

〔作用〕

（上記（１）〜（３）について） 上記超電導材料は、下式が成り立つ波長λの光又は電磁
波を全反射するように動作する。ここで、ｈはブランク
定数（６，６Ｘ　１０″″δ番ジュール・秒）ｔｃは光
の速度（３，ＯＸ　１０”メータ・毎秒）、にはボルツ
マン定数（１，４ｘ　１０−ｚａジュール毎ケルビン）
、Ｔｃは上記超電導材料の臨界温度（ケルビン）である
、また銀またはアルミニウム等の反射率の高い材料で形
成した薄膜は。

少なくとも可視光よりも波長が短い光または電磁波を反
射する。

（上記（４）〜（７）について） 上記素材の基板となる高熱導竹材料は、上記超電導材料
に侵入してきた熱を冷却面まで伝導により運び、かつ、
構造上の強度を保つ。

（上記（５）について） 上記基板表面を鏡面仕上げすることは、上記の式が成立
しない波長の光又は電磁波の反射率を高める。

（上記（６）について） 上記銀又はアルミニウム等の薄膜層は、前記の光又は電
磁波を反射し、上記超電導材料とあわせて全ての波長に
わたる光又はｆｔｔ磁波を反射する。

〔実施例〕

以下１本発明（第一発明）の一実施例を第１図により説
明する。１は超電導状態にある超電導材料でできた超電
導輻射シールドで；２の真空断熱槽内に支持体３で支え
られている。４は断熱すべき機器である。第２図は、前
記超電導輻射シールド１の一部分の縦断面図で、５は銀
またはアルミニウム等の反射率の高い材料で作った薄膜
、１ａは超電導材料である。なおこの場合は上側が高温
側に、下側が低温側に対面している。

前記実施例において、真空断熱槽壁２ａから放射された
輻射熱は、可視光の波長より短い光については前記反射
率の高い材料５で反射声れ、前記波長よりも長い波長の
光については前記超電導輻射シールドで全反射される。

本実施例で使用可能な超電導材料としては例えばソ連科
学アカデミー物理学研究所で発見されたセラミクスを使
用できる（昭和６２年４月７日付読売新聞夕刊参照）、
この材料は臨界温度２５０ケルビンで、第１式より比較
的短い波長まで反射する。

次に、本発明（第二発明）の一実施例を第３図に示す、
また、その超電導輻射シールドを兼ねた真空断熱槽２の
一部分の縦断面図を第４図に示す。

前記超電導材料１ａは真空断熱容器２ａ及び２ｂの真空
側に接着剤等で固定されている。また前記反射率の高い
材料５の薄膜が前記真空断熱槽壁２ｂ側の前記超電導材
料１ａの表面に形成されている。なおこの場合も、断熱
すべき機器が外界よりも温度が低い。

前記実施例において、真空断熱槽壁２ｂは、全ての波長
にわたる先車たは電磁波を反射する。特に赤外線領域よ
りも波長の長いものは全反射する。

また、真空断熱槽壁２ｂの外側に超電導材料１ａを被覆
してもよい、断熱すべき機器４の温度が外界より高い場
合はより効果が大きい。

次に、本発明（第三発明）の一実施例を第５図により説
明する。１は液体窒素温度以上の温度で超電導状態が実
現する超電導材料を用いた超電導輻射シールドで、２の
真空容器中に３の支持体で保持する。超電導輻射シール
ド１は、６の冷却流路に、７の冷媒容器に満さ九た８の
冷媒の蒸発ガスを流すことにより冷却し超電導材料を保
持する。

冷媒容器７は、支持体３で超電導輻射シールド１内に保
持し、中に９の超電導マグネットを持つ。

１０は、冷媒供給用配管で、１１は、冷媒蒸発ガスの放
出管である。

本実施例で使用する高温超電導材は１例えば化学式が一
般弐ＡＢＯｓで示される所謂キューピックペロブスカイ
トであり、その具体例を挙げれば（ａ　１−Ｘβｘ）Ｃ
ｕＯａ−ｙ　で表りされ条。

上式中、Ｘは０≦Ｘ≦１、ｙは０≦ｙ〈１．α。

βは夫々スカンジウム（ＳＬ、　）　、イツトリウム（
Ｙ）、ランタン（Ｌａ　）の如き周期表■族ａ亜族に属
する元素や、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓ
ｒ　）　、バリウム（Ｂａ　）の如き周期表■族ａ亜族
に属する元素を示す。

このような所謂高温超電導材の製法は、例えばＬａ５ｈ
ｓ、ＹｚＯａ等のＨａ族元素の酸化物とＢａＣＯ５，５
ｒＣＯａ、ＣａＣＯ５等のＴＩａ族元素の炭酸塩と、酸
化銅（Ｃｕ　Ｏ）とを各粉末状態で混合し焼結して得ら
れる。バリウムｏ、６　、イツトリウム０．４（従って
Ｘ＝Ｏ−４）ｌ銅１．酸素３（従”）テｙ＝ｏ）１７）
割合で９ｏｏ〜１１ｏ。

℃下に熱して焼き固めたベロゲスカイトは、超電導開始
温度が１２３に以上、完全に抵抗ゼロとなる超電導終了
点は約９０に以上である。

真空容器２には、光又は電磁波が照射されるが真空容器
２は、金属又はＦＲＰ等で作られるので赤外線のみを内
側に放射する。輻射シールド１は。

第１式で示される波長以上の赤外線を全反射するので、
冷媒容器７には、輻射による侵入熱はなくなる。超電導
輻射シールド１の冷却には、冷媒８の蒸発ガスを用いる
ので、冷媒８の寒冷を有効に使用できるようになる。

第６図は１本発明（第四及び第３発明）の実施例の超電
導輻射シールドの一部分の縦断面図である。１２は、銅
やアルミニウム等の高熱伝導性材料でできた基板で、そ
の表面に前記超電導材料１ａの薄膜を形成する。一般に
セラミック系の超電導材料は熱伝導率が悪いので、基板
を利用して冷却する。また、この実施例では、超電導材
料の使用量も少なくて済み、また、機械的強度も得やす
い、なお、基板表面を鏡面仕上げすることで、輻射シー
ルド表面を滑らかにし、赤外線の反射率の低下を防ぐ。

第７図は、前記超電導輻射シールド１を用いたクライオ
スタットの一例の縦断面図である。超電導輻射シールド
１は、冷媒容器７と接触しており、基板１２を通しての
熱伝導により冷却される。

第８図は、本発明（第六発明）の実施例の超電導輻射シ
ールド１の一部分の縦断面図である。５は少なくとも赤
外線の波長以下で反射率の高い銀等の薄膜層である。こ
の超電導輻射シールド１は、全ての波長を含んだ光又は
電磁波が超電導輻射シールド１に入射する場合に有効で
、波長の短い領域の光の反射は前記薄膜ＭＩ５が受は持
ち、それよりも長い波長領域の反射については前記超電
導材料１ａが受は持つ。

第９図は、超電導輻射シールド１を用いたクライオスタ
ットの一例の縦、断面図で、超電導輻射シールド１は、
第８図に示されるような構成をしており、全ての波長を
含んだ光又は電磁波を全反射するので、冷媒容器７と兼
ねている。

第１０図は、超電導輻射シールド１の他の一実施例の縦
断面図について示したものである（第七発明）、テープ
状の上記超電導状態にある超電導材料１ａを前記高熱伝
導性材料１２の表面に接着剤１３を介して固定する。こ
の実施例では、超電導材料１ａを基板１２の材料特性に
影響されることなく最適の熱処理条件で製造できるとい
う特徴をもつ。

〔発明の効果〕

本発明によれば、クライオスタットの輻射シールドの性
能を向上できるので、クライオスタットの構造を簡略化
でき断熱性能を向上できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図は夫々本発明の断熱装置の実施例の縦断
面図、第２図は第１図の部分縦断面図。 第４図は第３図のＡ部拡大縦断面図、第５図、第７図、
第９図は本発明の断熱装置の実施例に係るクライオスタ
ットの縦断面図、第６図、第８図は本発明の断熱装置の
実施例に用いる超電導輻射シールドの要部縦断面図、第
１０図は本発明の断熱装置の実施例に用いる超電導輻射
シールドの部分断面斜視図である。 １・・・超電導輻射シールド、２・・・真空断熱槽、４
・・・機器、５・・・薄膜、１２・・・基板。 埠　１図 坏　タ　図 ＄８図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、断熱すべき機器を取り囲む真空断熱槽と、前記真空
   断熱槽内にある輻射シールドからなる断熱装置において
   、前記真空断熱槽の低温面側に対向する前記輻射シール
   ドの面を超電導状態にある超電導材料とし、前記真空断
   熱槽の高温面側に対向する前記輻射シールドの面を銀又
   はアルミニウム等の反射率の高い材料とした輻射シール
   ドを用いたことを特徴とする断熱装置。 ２、前記超電導輻射シールドとして、アルミニウム、銅
   、又は高熱伝導性セラミック等の高熱伝導性材料を基板
   とし、その表面に前記超電導材料の膜を形成した複合超
   電導輻射シールドを用いたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の断熱装置。 ３、前記超電導輻射シールドとして、アルミニウム、銅
   又は高熱伝導性セラミック等の高熱伝導性材料の基板の
   周囲に、前記超電導材料をテープ状または薄板状にした
   ものを前記基板表面が輻射熱が侵入してくる方向に対し
   て見えないように配置して、接着剤等で固定した輻射シ
   ールドを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の断熱装置。 ４、前記複合超電導輻射シールドとして、前記基板表面
   を鏡面仕上げし、その上に前記超電導材料の膜を形成し
   た複合超電導輻射シールドを用いたことを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の断熱装置。 ５、前記複合超電導輻射シールドとして、前記超電導輻
   射シールドの表面上に前記複合超電導輻射シールドの反
   射率の低くなる波長領域で反射率の高い銀及びアルミニ
   ウム等の薄膜層を形成した複合超電導輻射シールドを用
   いたことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の断熱
   装置。 ６、断熱すべき機器を取り囲む真空断熱槽からなる断熱
   装置において、前記真空断熱槽の外側及び真空槽の両面
   の少なくとも一つの面の表面を超電導状態にある超電導
   材料としたことを特徴とする断熱装置。 ７、断熱すべき機器を取り囲む真空断熱槽と、前記真空
   断熱槽内にあり、液体窒素又はそれに準ずる温度領域以
   下に冷却された被冷却体と、前記被冷却体を取り囲み、
   液体窒素又はそれに準じる温度領域にある冷媒又は冷凍
   機によつて直接又は間接に冷却された輻射シールドから
   なる断熱装置において、前記輻射シールドとして前記液
   体窒素又はそれに準じる温度領域以上で超電導状態が実
   現できる超電導材料を用いたことを特徴とする断熱装置
   。