WO1992006575A1 - Magnetically shielding structure - Google Patents

Description

明 細 書

-磁気シールド構造

技術分野

本発明は超電導体を利用した磁気シールドの構造に関するものであり、 更に詳 しく付言するならば、 性質の異なる磁気シールド材を組み合わせることにより磁 気シールド性能を向上させ、 超電導体円筒の開口部からの侵入磁場を小さくして 使用可能な高い磁場遮蔽空間を増し、 或いは短い超電導体製円筒でも所定円筒体 内空間に非常に小さい磁場を実現でき、 従って外部磁場より非常に低い磁場を効 率よく実現できる磁気シールド構造に関する。 背景技術

超電導体を利用した磁気シールド構造とは、 マイスナ一効果を利用する磁気シ ールド構造であり、 例えばマイスナー効果を有する材料を円筒状に成形してシー ルド体とし、 これを臨界温度 T c 以下に?令却して、 超電導状態に転移させてシー ルド体を反磁性体とすることにより、 磁束をシールド体外部に押し出し、 シール ド体内部空間を磁気シールドするものである。

一方、 超電導体を利用しない、 通常使用されている高透磁率材でのシールド構 造では、 例えば高透磁率材料で円筒状のシールド体を構成した場合には、 磁場中 にこのシールド体が保持されると、 シールド体に磁気誘導が生じ、 シールド体に 沿って磁場を短絡させることにより、 円筒内部空間を磁気シールドするものであ

このような超電導体を利用した磁気シールド構造では、 例えば円筒状のシール ド体の磁気遮蔽能は、 円筒の中心軸に平行な磁場 （縦磁場） に対する遮蔽能は良 いが、 中心軸に垂直な磁場 （横磁場） に対する遮蔽能は良くないため、 円筒の内 径に比して長さを長くしなければならないという問題点があった _t

一方、 高透磁率材による例えば円筒状のシールド体で 、 横磁場に比べ縦磁場 に対する遮蔽能が良くないので、 高い遮蔽能を得るた Λに円筒を数層重ね、 内層 を外層より短くする構造をとらなければならなかっ 。 その結果、 高透磁率材で も、 最外層の円筒の長さが長くなり、 また使用可能な容積が大きければさらに長 くなるという問題を生じていた。 更に、 高透磁率材の小さな磁場に対する遮蔽 は、 その初期の比透磁率に依存するために遮蔽能が良くなく、 遮蔽能を向上させ るために数層の構造を持たせるので、 コストが高くなるという問題点もあつた。 発明の開示

本発明の目的は以上の種々の点に鑑みてなされたものであって、 性質の異なる 磁気シールド材を組み合わせることにより磁気シールド性能を向上させ、 使用可 能な低磁場空間を増し、 残留磁気の影響がなく、 極低磁場を実現できる磁気シー ルド構造の提供を目的とする。

末発明によれば、 前述の目的は請求の範囲各項に記載した特徴を持つ磁気シー ルド構造によって解決される。

即ち、 末発明に係る磁気シールド構造では、 マイスナー効果を発現する超電導 材料からなる筒状の磁気シールド体と、 所定の大きさ及び種々の形状の高透磁率 部材とを種々組合わせて、 該高透磁率部材に磁気読導を生じさせて、 侵入磁界を 磁気的に短絡させるものである。

さて、 マイスナー効果を発現する材料からなる筒状のシールド体は、 その外部 からの磁界に対してレンツの法則に従つて遮蔽電流を流し、 反磁界を形成する _c この反磁界により外部から円筒内部に侵入する磁界を減衰させる。

例えば、 超電導体製円筒の内部磁場 H i の理論式は、 各方向の外部磁場 H o に 対して、 次のように表せる。

横磁場； H i= H o' exp (-1 .84 (Z/r) ) …ひ）

縦磁場： H i= H o- exp (-3 .83 (Z/r) ) …（2)

(但し、 Zは開口端からの距離、 rは円筒の半径である。 ）

これらの式から明らかなように超電導体製円筒の磁気遮蔽能は、 円筒の中心軺 に平行な磁場 （縦磁場） に対して高いが、 中心軸に垂直な磁場 （横磁場） に対し て低い。 上式から縦磁場と同じ遮蔽効果を横磁場で得ようとするならば、 同じ内 径の超電導体製円筒で長さが 2倍以上必耍となることが判る。 従って、 縦磁場に 対してより、 横磁場をかけた場合の内部磁場を効果的に減少させる必要がある。 図 1 8に超電導体製円筒（1) に横磁場を掛けたときの磁束 (2) の流れを示す _c 図のように分布する内部侵入磁束を高透磁率部材の磁気誘導という性質を利用し て、 磁気的に短絡させ、 超電導円筒内部への侵入量を減少させる。 但し、 高透磁 率部材には残留磁場があるので、 残留磁場が影響を及ぼさない位置に配置する必 要がある。

本発明では、 臨界温度以下の冷却時に、 常電導状態から超電導状態へ転移して マイスナー効果を発現する超電導材料からなる筒状のシールド体の磁気シールド 構造において、 前記筒状のシールド体の開口端近傍に、 磁気誘導が生じ、 侵入磁 界が磁気的に短絡する形状の高透磁率部材を筒内壁と間隔を開けて配設したた め、 マイスナー効果を発現する材料からなる筒状のシールド体の長手軸上におい て中心方向に向つて減衰分布を示す侵入磁界に対して、 高透磁率部材を挿入する ことにより、 高透磁率部材に磁気誘導が生じ、 その結果侵入磁界が磁気的に短絡 され、 筒状のシールド体内部に侵入する磁界をさらに減少させるものである。 さて、 一般に無限長の高透磁率材製円筒に均一な横磁場 H 0 を掛けたときの遮 蔽効果 （H i/H o ) は、

H i/H o =2 r/ ^ - t …（3)

と表される。 ここで は透磁率、 tは肉厚、 rは円筒半径である。 式 (3) から他 の形状の場合も類推できるが、 一般に透磁率が大きい程遮蔽効果も大きく成るこ とが判る。 また、 一般的に肉厚が大きい程遮蔽効果は大きいことが式 (3) から類 推できる。

更に、 超電導体製筒内部での高透磁率部材を挿入することで最も遮蔽効果の大 きい挿入位置は、 超電導体製筒の開口端からの影響を受けない程度に開口端から 内部へ入った位置から、 高透磁率部材の残留磁場 H r 力 その高透磁率部材の遮 蔽能 H f と超電導体製筒内部の磁場 H s との積で表される内部磁界と等しくなる 時の開口端からの位置までである。

H r ≤H i x H s …（4 )

つまり、 超電導体製筒内部の磁場と残留磁場が同じ位置に高透磁率部材を配置 しても高透磁率部材は遮蔽効果を示さないし、 超電導体製筒内部の磁場が残留磁 場より小さな位置に高透磁率部材を配置すれば、 逆に超電導体製筒内部の磁場を 乱し、 遮蔽効果に悪影響を及ぼす。 例えば、 高透磁率材として、 円板状のものを 用いた場合、 高透磁率材製円板の位置の効果の場合には、 残留磁場 H r=0 .01、 高 透磁率材製円板の遮蔽能 Η ί=0.33、 外部磁界 Η ο= 1と仮定すると、 式 (1) 、 (4) より、

0.01≤0.33 x l x exp (-1 .84 (Z/50) ) *·· (4 ' )

.••Ζ ≤95

従って、 この場合、 開口端の影響がなくなる開口端から 40隱の位置から 95mmまで の位置が最もよい遮蔽効果が得られる。

更に、 最良の遮蔽効果を得る範囲において、 例えば超電導体製円筒では、 該円 筒の内径の 3/10以下の外径を持つ高透磁率材製円板には遮蔽効果がほとんどない ことが解った。 但し、 円板の中心が超電導体製円筒の軸上にあること、 最良の範 囲以外に配置すれば、 効果がある場合もある。 例えば、 高透磁率材の残留磁場の 影響を及ぼさない程度に短い両端開放型超電導体製円筒内部の中心近傍に 2つの 高透磁率材を配置した場合に遮蔽効果が見られる。

更に、 本発明では高透磁率部材が、 前記筒状のシールド体の長手方向に沿った 貫通孔を有した形状であるものを開示するものである。 これにより例えば、 筒状 のシールド体内部の操作性が増す。

この貫通孔の半径は、 最良の遮蔽効果を得る位置範囲でほ、 超電導体製筒内径 の 3/10以下の賞通孔直径を持つ高透磁率材製板は、 穴のない板と殆ど遮蔽効果が 変わらない。 但し、 最良の範囲外に配置すれば、 篁通孔のない高透磁率部材と遮 蔽効果の変わらない貫通孔直径の大きさは変わる。

更に、 本発明では複数の高透磁率部材を間隔を開けて断面方向に積層配設した ものを開示するものである。 即ち、 髙透磁率部材は单独で使用するよりも、 開口 断面に対して幾層も配置することにより、 高い遮蔽能が得られる。

以上説明したように、 本発明によれば、 マイスナー効果を発現する超電導材料 からなる筒状の磁気シールド体と、 該磁気シールド体の開口端近傍に配設された 種々の形状で筒状シールド体の内径の 3/10以上の大きさの高透磁率部材とを種々 組合わせて、 高透磁率部材に磁気誘導を生じさせて、 侵入磁界を磁気的に短絡さ せるものであるため、 マイスナ一効果を発現する材料からなる筒状のシールド体 の長手軸上において中心方向に向って減衰分布を示す侵入磁界中に対して、 高透 磁率部材を挿入することにより、 高透磁率部材に磁気誘導が生じ、 その結果侵入 磁界が磁気的に短絡し、 筒状のシールド体内部に侵入する磁界をさらに減少させ るものであ る。 したがって、 長さの同じ筒状のシールド体或いは層構造をもつ 高透磁率材の筒状のシールド体の遮蔽能よりも優れている。 また必要な遮蔽能、 あるいほ低磁場空間を得るために要する円筒の長さが短くてすむのでコストを軽 減できる。

尚、 高透磁率部材の形状は、 超電導材料からなる筒状のシールド体内部に挿入 可能で、 高透磁率部材に磁気誘導が生じ、 侵入磁界が磁気的に短絡する形状のも のであればよく、 例えば円筒状のシ一ルド体であれば、 円板状のもの、 円板の厚 みを増して円柱状になったもの、 板状の高透磁率部材が、 緣部に前記筒状のシ一 ルド体の長手方向に沿つたリブを備えた板状等が使用可能である。

更に、 本発明では高透磁率部材が、 前記筒状のシールド体の長手方向に沿った 貫通孔を有した形状であるものを開示するものである。 これにより例えば、 筒状 のシールド体内部の操作性が増す。

更に、 本発明では複数の高透磁率部材を間隔を開けて断面方向に積層配設した ものを開示するものである。 即ち、 高透磁率部材は単独で使用するよりも、 開口 断面に対して幾層も配置することにより、 高い遮蔽能が得られる。 図面の簡単な説明

図 1は両端開放型超電導体製円筒と高透磁率材製円板の断面図、

図 2ほ高透磁率材製円板を配置した時の超電導体製円筒軸上の内部磁界分布を 示す線図、

図 3は図 2に示した磁界分布の規格化した高透磁率材製円板の遮蔽能分布を示 す線図、 図 4は超電導体製円筒中心位置での高透磁率材製円板の遮蔽能をプロッ卜した 線図、

図 ⁵ほ両端開放型超電導体製円筒と種々の直径を有する高透磁率材製円板の断 面図、

図 6は高透磁率材製円板の直径と遮蔽能の関係を示す線図、

図 7は片開放型超電導体製円筒の内部に高透磁率製材円板を配置した断面図、 図 8は両端開放型超電導体製円筒とリブ付円板の断面図、

図 9はリブ長さ Pを変えた場合の遮蔽能を測定した結果を示す線図、 図 1 0ほ片開放型超電導体製円筒とリブ付円板の斜視図、

図 1 1は片開放型超電導体製円筒の内部にリブ付円板を積層して配置した断面 図、

図 1 2ほ両端開放型超電導体製円筒と穴あき円板の断面図、

図 1 3ほ穴あき円板の直径 Dの穴をあけた場合の遮蔽能を調べた結果を示す線 図、

図 1 4 a〜cは超電導体製円筒の内部に種々の形状の高透磁率部材 2つを積層 して配置した断面図、

図 1 5は積層した 2つの高透磁率部材間距離による遮蔽能の結果を示す線図、 図 1 6 a〜(！ほ超電導体製円筒の内部に種々の形状の高透磁率部材を複数枚積 層して配置した断面図、

図 1 7ほ高透磁率部材の積層枚数による遮蔽能の結果を示す線図、

図 1 8は超電導体製円筒に横磁場を掛けたときの磁束の流れを示す断面図であ る。 発明を実施するための最良の形態

(実施例 A— 1 ；円板の位置の効果）

図 1は両端開放型のビスマス系酸化物超電導体製円筒 （B i S r C a C u O ) (以下、 超電導体製円筒という） と高透磁率材製円板との断面図である。 超電導 体製円筒（SC)のサイズは内径 100 ram、 長さ 240 mm、 肉厚 5■である。 高透磁率材 製円板 （FM)は直径 70隱、 肉厚 0.5 mra、 透磁率 10000 である。

超電導体製円筒（sc)に対して均一な横磁場 1 [0e]をかけて円筒軸上の磁界分布 を測定した。 図 2は高透磁率材製円板 (FM)を超電導体製円筒中心位置からの距離 Pの位置に配置した時の超電導体製円筒軸上の内部磁界分布 H i (Z)を示す線図で ある。 図 2において、 縦軸は内部磁界 Hi を、 横軸は超電導体製円筒中心からの 距離 P (mm)を示し、 S Cほ高透磁率材製円板を使用しない超電導体製円筒単体の 場合の内部磁界分布 H_SC(Z) 、 驪は距離 =140mm、 *は距離 =l²0mm、 〇は距離 =100 mm、 ⑩は距離 = 80mm, xは距離 = 60關を各々示している。 尚、 開口端位置は 120 匪の位置である。

図 2より、 明らかに高透磁率材製円板は超電導体製円筒内部に侵入する磁界を 磁気的に短絡させ、 超電導体製円筒内部の磁気遮蔽能を高めていることがわか る。 また、 中心からの距離 P =140 讓 （超電導体製円筒外部） に高透磁率材製円 板を配置しても、 超電導体製円筒単体の場合より内部磁界がよくなつていること がわかる。

P = 60膽の場合の高透磁率材製円板と超電導体製円筒とに囲まれる空間の磁界 は 0.01[0e]以下であった。 同一空間を両端開放型の超電導体製円筒だけで 0.01 [0e]以下にするためには、 同じ内径で少なくとも長さ 370 ram以上必要である。 し たがって、 このような組み合わせは使用可能な低磁場空間を従来のものより増大 させていることがわかる。

図 3は図 2に示した磁界分布 Hi (Z)を超電導体製円筒単体の内部磁界分布 H_sc (Z) で規格化した高透磁率材製円板の遮蔽能分布 H_FM(Z) を示す線図である。 図 において、 縦軸は遮蔽能 H_FMを、 横軸は超電導体製円筒中心からの距離 P (mm)を 示し、 S Cは高透磁率材製円板を使用しない超電導体製円筒単体の場合の内部磁 界分布 H_SC(Z) 、 麵は距離 =140mm、 *は距離 =120ΙΜ、 〇は距離 =100隱、 ·は距離 = 80mra、 Xほ距離- 60 を各々示している。 尚、 開口端位置は 120 mmの位置であ 尚、 規格化は次のようにして行った。

H_FM(Z) = Hi (Z).ZH_SC(Z) -(5) (但し、 Z は開口端からの距離を示す）

図 3に示す通り、 超電導体製円筒内部に高透磁率材製円板が配置されるにつれ て、 遮蔽能がよくなつていることが解る。

図 4は図 3の結果を超電導体製円筒中心位置 (Z-120) での高透磁率材製円板の 遮蔽能 H_FM(120) をブロッ トした線図である。 図において、 縦軸は遮蔽能 H_FM を、 横軸は超電導体製円筒中心からの距離 P (mm)を示す。 開口端の外部から超電 導体製円筒内部に高透磁率材製円板を配置するにつれて遮蔽能がよくなつてい る。 また、 P =80の位置から内部ではほぼ一定の遮蔽能を示している。 これは明 らかに高透磁率材製円板が磁気誘導により、 超電導体製円筒の開口端から外の磁 場を内部へ弓 I込んだ結果である。 従って、 開口端からある一定の距離だけ内部に 高透磁率材製円板を配置すれば、 開口端からの影響は少なくなり、 その遮蔽能は ほぼ一定且つ最良の遮蔽能を示すことが解る。

尚、 高透磁率材の遮蔽能分布 H_FM(Z) は超電導体製円筒中心でほぼ一定となつ ている。 これは超電導体製円筒单体の場合の内部磁界分布の傾きに戻っているこ とを示している。 従って、 超電導体製円筒内部に高透磁率材がある場合、 その中 心側で高透磁率材の影響のない位置での磁界分布 H i (Z)は

H i (Z) = H_FM - Ho -exp(-1.84 (Ζ/r))··· (6)

と表される。 尚、 Zは開口端からの距離、 rは超電導体製円筒の半径、 Ho は外 部磁界である。

(実施例 A— 2 ；円板の半径の効果）

図 5に示すように、 内径 100 mm、 長さ 240 mm、 肉厚 5 mmの両端開放型のビスマ ス系酸化物超電導体製円筒 （B i S r C a C u O) (SC)の中心から 80mmの位置 ( 開口端の影響がない位置） に、 種々の直径 D、 肉厚 0.5 nun の高透磁率材製円板 (FM)の中' 1>が円筒の中心軸に垂直になるように配置し、 超電導体製円筒に対して 均一な横磁場 1 [0e]をかけて円筒の軸上の中心位置の遮蔽能 H _FMを測定した。 図 6はその結果を示す線図であり、 図において、 縦軸は遮蔽能 H_FMを、 横軸は 高透磁率材製円板の直径 D (ram)を示す。 この図から明らかに高透磁率材製円板の 直径が超電導体製円筒の内径に近づくにつれて遮蔽能がよくなることが解つた。 逆に高透磁率材製円板の直径が 3/10以下になると遮蔽能が 1以上となり、 超電導 体製円筒単体の場合よりも内部磁界が悪くなることが解つた。

以上のことから開口端の影響がない位置に高透磁率材製円板を配置した場合、 高透磁率材製円板の直径が超電導体製円筒の内径の 3/1 Q以下であれば遮蔽効果が ないことが確認された。

高透磁率材製円板の直径が超電導体製円筒の内径の 3/1 Q以下であれば、 高透磁 率材製円板の磁気短絡効果が小さくなると同時に円筒と円板の隙間からの侵入磁 場が増えるため、 実質上その効果は失われる。 したがって、 超電導体製円筒内部 の遮蔽効果を高めるには高透磁率材製円板の直径をできるだけ超電導体製円筒の 内径に近づけることが望ましい。

尚、 開口端の影響がある位置に超電導体製円筒の内径の 3/10以下の高透磁率材 製円板を配置しても、 遮蔽効果がない。 しかし、 高透磁率材の残留磁場の影響を 及ぼさない程度に短い両端開放型超電導体製円筒内部の中心近傍に 2つの高透磁 率材を配置した場合には遮蔽効果が見られる。

(実施例 A - 3 ；片開放型超電導体製円筒）

図 7は片開放型ビスマス系酸化物超電導体製円筒 （ B i S r C a C u 0 ) (SC) (以下、 超電導体製円筒という） の内部に高透磁率材製円板 (FM)を配置した斜視 図である。 前記片開放型超電導体製円筒のサイズは内径 10 ΰ im 長さ 120 mm、 肉 厚 5國。 高透磁率材製円板は直径 80咖、 肉厚 0 . 5 隱、 透磁率 1000 Q である。

超電導体製円筒単体に対して均一な横磁場 1 [0 e]をかけて円筒の軸上の底面位 置の磁界を測定した。 その結果、 超電導体製円筒単体では Q . 0153 [0 e]の磁界が得 られた。

これに対して図 7 (こ示すように、 超電導体製円筒内部に 1枚の高透磁率材製円 板を円筒の中心軸に垂直に円板の中心を合わせ、 円筒の底から開口端へ向かって 距離 80mmに配置し、 同一条件下で測定を行なった。 この時、 得られた超電導体製 円筒の底面位置での磁界は 0 · 0050 [0 e]であった。 この結果を遮蔽能に換算すると 0 . 33となり、 前述の実施例 A — 1の図 4の P = δϋ画の場合とほほ一致する。 従つ て、 片開放型超電導体製円筒とその 2倍の長さの両端開放型超霄導体製円筒は、 同じ効果を示すことが判つた。

(実施例 B— 1 ； リブ付高透磁率材製円板）

図 8は両端開放型のビスマス茶酸化物超電導体製円筒 （B i S r C a C u O ) (SC) (以下、 超電導体製円筒という） とリブ付高透磁率材製円板 (FM) (以下、 リ ブ付円板とする） の断面図である。 前者のサイズは内径 100 隠、 長さ 240 mm, 肉 厚 5mmである。 後著は内径 70mni、 長さ 3 0 mm, 肉厚 0.5mm、 透磁率 10000 であ る。

超電導体製円筒内部にリブ付円板を図 8のように配置し、 そのリブの長さ Pを 変えて実験を行った。 その結果を図 9に示す。 図において、 縦軸は遮蔽能 H_FM を、 横軸はリブ長さ P (mm)を示す。 図に示すように、 長さ P = 0の時、 つまり円 板の場合よりも片開放型円筒にしてその長さ Pを長くすると、 遮蔽能が良くなる ことがわかる。 また、 長さをある程度以上長くすると遮蔽能が一定に近づく。 ところで、 具体的には超電導体製円筒に対して均一な横磁場 1 [0e]をかけて円 筒軸上の中心位置の磁界を測定した場合、 超電導体製円筒では 0.0223 [0e]の磁界 が得られた。 超電導体製円筒の両開口端に内部にリブ付円板をその開口端が超電 導体製円筒の開口端と同じ向きになるように入れ、 各円筒の中心軸を合わせ、 超 電導体製円筒の中心位置から距離 80imnの所にリブ付円板の底面がくるように配置 し、 同一条件下で測定を行なった。 この時、 得られた超電導体製円筒の中心位置 での磁界は 0.0021 [0e]であった。 この結果から明らかに超電導体製円筒内に配 置したリブ付円板は超電導体製円筒内部に侵入する磁界を磁気的に短絡させ、 超 電導体製円筒内部の磁気遮蔽能を高めていることがわかる。

(実施例 B - 2 ；片開放型超電導体製円筒) - 図 1 0は片開放型ビスマス系酸化物超電導体製円筒 （ B i S r C a C u O ) (SO (以下、 片開放型超電導体製円筒という） とリブ付円板（FM)の斜視図であ る。 前者のサイズは内径 100 mm, 長さ 120 mm, 肉厚 5闘。 後者は内径 70麵、 リブ 長さ 5M；、 肉厚 0.5 niir, 透磁率 1000Q である：

図に示す通り、 長さの短いリブ付円板を片開放型超電導体製円筒開口端付近に 配置した。 超電導体製円筒に対して均一な横磁場 1 [0e]をかけて円筒の軸上の中 心位置の磁界を測定した。 その結果、 片開放型超電導体製円筒では 0.0153[Oe]の 磁界が得られた。 片開放型超電導体製円筒内部に 2つのリブ付円板の開口端が超 電導体製円筒の開口端と同じ向きに入れ、 各円筒の中心軸を合わせ、 超電導体製 円筒の底面から距離 80匪， 115 圆の 2力所に高透磁率材製円筒の底面がくるよう に配置し、 同一条件下で測定を行なった。 超電導体製円筒軸上の底面付近での磁 界は 0.0011 [0e]であった。 また中心位置からの距離 115 關の高透磁率材製円筒だ けを使用した時の中心磁界は 0.0048 [0 e]であった。

したがって片開放型超電導体製円筒を用いた場合でも遮蔽効果が確認された。 (実施例 B— 3 ； リブ付き円板の積層）

図 1 1は片開放型超電導体製円筒 （B i S r C a C u O ) (SC) (以下、 超電導 体製円筒という） の内部にリブ付円板（FM)を積層して配置した断面図である。 前 者のサイズは内径 100 mm、 長さ 120 mm、 肉厚 5MI。 後者は内径 70MI、 リブ長さ 5 mra、 肉厚 0.5 mm、 透磁率 10000 である。

超電導体製円筒に対して均一な橫磁場 1 [0e]をかけた時の円筒軸上の 心位置 の磁界は 0.0223 [Oe]であつた。 超電導体製円筒内部に 4つのリブ付円板 開口端 が超電導体製円筒の開口端と同じ向きに入れ、 各円筒の中心軸を合わせ、 超電導 体製円筒の中心位置から距離 80mm, 115 删の 2力所にリブ付円板の底面がくるよ うに配置し、 同一条件下で測定を行なった。 超電導体製円筒の中心位置での磁界 は 0.0015 [0e]であった。 また、 中心位置からの距離 115 關の高透磁率材製円筒 だけを使用した時の中心磁界は 0.0069 [0e]であった。 これを超電導体製円筒の磁 界と比較するとリブ付円板を 2つ、 4つ使用した時、 各々超電導体製円筒の遮蔽 能は 3/10.7/100となり、 明らかにリブ付円板を積層した効果があらわれ.こ。 した がって超電導体製円筒内部にリブ付円板を積層することにより、 磁気シールド能 を向上させることが確認された。

(実施例 C— 1 ；穴あき円板 （貫通孔の大きさ） ）

図 1 2は両端開放型のビスマス ¾酸化物超電導体製円筒 B i S r C a C u 0 ) (SO (以下、 超電導体製円筒という） と中心部分に貫通孔を有した高透磁率 製円板（FM) (以下、 穴あき円板と記す） の断面図である。 前者のサイズは内径 100 mm、 長さ 240 關、 肉厚 5 mmである。 後者は内径 70mra、 肉厚 0 . 5mm、 透磁率 10000 、 貫通孔直径 Dである。

図 1 2のように超電導体製円筒内部の開口端の影響のない位置に、 穴あき円板 の貫通孔直径 Dの穴をあけた場合の穴あき円板の遮蔽能を調べた。 図 1 3はその 結果を示す線図である。 図において、 縦軸は遮蔽能 H _FMを、 横軸は穴あき円板の 貫通孔直径 D (mm)を示す。 図に示すように、 貫通孔直径 Dの穴が大きくなると遮 蔽能が悪くなることが判る。 また、 貫通孔直径 D = 30mniの遮蔽能は、 貫通孔のな い円板 （ D = 0 ) の遮蔽能とほぼ同じくらいである。 これは実施例 A— 2の高透 磁率材製円板の半径の効果の場合と同様に、 開口端の影響のない位置に、 貫通孔 直径が超電導体製円筒の内径の 3/10以下の穴あき円板を配しても、 貫通孔がない 高透磁率材製円板とほぼ同じ遮蔽能であることが判明した。

(実施例 D - 1 ；高透磁率部材の積層 1 )

実施例 B— 3に示したように、 リブ付円板を積層することにより、 遮蔽能を向 上させることが確認された。 そこで、 種々の形状の高透磁率部材（FM)を超電導体 製円筒 (SC)内部に積層して挿入した。

超電導体製円筒内部に 2つの穴あき円板 （図 1 4 a ) 、 リブ付き円板 （図 1 4 b ) 、 穴あきリブ付円板 （図 1 4 c ) の高透磁率部材を積層して挿入し、 その時 の高透磁率部材の遮蔽能を調べた。 尚、 超電導体製円筒のサイズは内径 100 匪、 長さ 240 mm、 肉厚 5 mmであり、 穴あき円板のサイズは内径 70mm、 肉厚 0 . 5mm、 透 磁率 10000 、 霣通孔直径 40 であり、 リブ付き円板のサイズは内径 7 0關、 肉厚 0 . 5mm, 透磁率 10000 、 リブ長さ 5關であり、 穴あきリブ付円板のサイズは内径 70 ram, 肉厚 0 . 5圆、 透磁率 10000 、 リブ長さ 5隨、 貫通孔直径 40mraである。 図 1 4 a , b , cに示すような形状の高透磁率部材について積層を行つた。

図に示すように、 開口端側の高透磁率部材の位置を固定し、 その内側にある高 透磁率部材との距離 dを移動させた場合の高透磁率部材の遮蔽能を調べた。 その 結果を図 1 5に示す。 図において、 縦軸は遮蔽能 H _FMを、 横軸は高透磁率部材間 の距離 d ( ）を示す。 また、 〇は穴あき円板、 Bはリブ付円板、 口は穴あきリブ 付円板を示している。 図 1 5から高透磁率部材の距離 dを離す程遮蔽能がよくなることが解る。 但 し、 高透磁率部材間の距離が 0の場合は、 固定した高透磁率部材だけの遮蔽能を 示している。 この場合とその内側に高透磁率部材を 1つ入れた場合とでは遮蔽能 が半分以下になっていることから、 明らかに積層の効果があることが確認され た。

(実施例 D― 2 ；高透磁率部材の積層 2 )

図 1 6 a , b , c , dに示すように、 穴あき円板 （図 1 6 a ) 、 リブ付き円板 (図 1 6 b ) 、 穴あきリブ付円板 （図 ί 6 c ) の高透磁率部材を用いて、 距離 L = 50圖の間に数層の同形の高透磁率部材を揷入し、 その時の高透磁率部材の遮 蔽能を調べた。 尚、 比較として肉厚 52删の穴あき円柱 （図 1 6 d ) の遮蔽能を調 ベた。 この結果を図 1 7に示す。 縦軸は遮蔽能 H _FMを、 横軸は高透磁率部材間の 距離 d (mm)を示す。 図中、 口は穴あき円板、 きはリブ付円板、 〇ほ穴あきリブ付 円板、 ■は穴あき円柱を示している。 これは高透磁率部材を挿入する幅を L = 50 mmとしているので、 例えぱ高透磁率部材間の距離 d = 25nira、 16 . ⁷mmでは各々 3 つ、 4つの高透磁率部材を積層することを示している。

図から高透磁率部材を積層数を多くすると遮蔽能がよくなることが解る。 高透 磁率部材間の距離 0を示す穴あき円柱は、 穴あき円板の肉厚を 52麵:こした場合で あり、 穴あき円板をすき間なく積層した場合に相当する。 従って、 穴あき円板の 積層数をふやした場合の遮蔽能は穴あき円柱の遮蔽能と同じになる。 穴あき円柱 と穴あき円板を 5つ積層した場合とは遮蔽能がほぼ同じであることから、 円柱よ りも円板を積層した場合の方が同等の遮蔽能でコストが安くなることがわかる。 穴あきリブ付き円板の場合も同様に高透磁率部材を多く積層すると遮蔽能がよく なる。 穴あきリブ付き円板間の距離ほ、 実際には 7画までだが、 穴あきリブ付き 円板のリブ部を無視して考えると穴あき円柱と同靠になる。 従って、 穴あきリブ 付き円板の積層は、 ある距離で遮蔽能の最小値を得た後、 穴あき円柱の遮蔽能に 近付くと考えられる。 穴あきリブ付き円板の積層は、 穴あき円柱よりも遮蔽能が よく、 同様に穴あき円板よりも遮蔽能がよく、 効率よく磁界を減少させることが できる _c 以上の結果から高透磁率部材間の距離を離す程遮蔽能はよくなるが、 ある限ら れた領域に高透磁率部材を配置しなければならない場合は、 数個の部材を積層し た方がより有効に遮蔽能を向上させることが確認された。

(高透磁率部材の形状）

前述したように、 高透磁率部材の各形状共に複数の変数に依存している。 即 ち、 各変数のバランスの上に最良の遮蔽能が得られるものである。 しかし、 用途 等によっては超電導体製円筒や高透磁率部材に形状に制限があるために、 用途に 応じた形状を考える必要がある。 従って、 場合によっては第 1表に示す形状の全 ての組合わせが存在する。

第 1 表 高透磁率部材の職 藤能 外部からの操作性 遮 能力 if衣存する変数 円板 良 不良 半径、 板厚、 位置、 透磁率 半径、 娜 （長さ） 、 位置、 円柱 良 不良

透磁率

半径、 板厚、 位置、 リブ長さ リブ付円板 良 不良

透磁率

半径、 板厚 \ 位置、 透磁率、 穴あき円板 良

貫通孔直径

半径、 板厚 （長さ） 、 位置、 穴あき円柱 良

透磁率、 貫通孔直径 半径、 板厚、 位置、 リブ-長さ 穴あきリブ付円板 良 良

透磁率、 貫通孔直径

Claims

請求の範囲

1 . 臨界温度以下の冷却時に、 常電導状態から超電導状態へ転移してマイスナー 効果を発現する超電導材料からなる筒状のシールド体の磁気シールド構造におい て、

前記筒状のシールド体の開口端近傍に、 磁気誘導が生じ、 侵入磁界が磁気的に 短絡する形状の高透磁率部材を筒内壁と間隔を開けて配設したことを特徴とする 磁気シールド構造。

2 . 前記請求項 1 に記載の磁気シールド構造におい'て、

前記高透磁率部材が、 前記筒状のシールド体の開口端からの影響を受けない程 度に開口端から内部へ入った位置から、 高透磁率部材の残留磁場 H r が、 該高透 磁率部材の遮蔽能 H i と前記筒状のシールド体内部の磁場 H s との積で表される 内部磁界と等しくなる時の開口端からの位置までに配設されたことを特徴とする 磁気シールド構造。

3 . 前記請求項 1に記載の磁気シールド構造において、

前記高透磁率部材が、 前記筒状の磁気シールド体の内径の 3/10以上の大きさを 有したことを特徴とする磁気シールド構造。

4 . 前記請求項 1又は 3に記載の磁気シールド構造において、

前記高透磁率部材の形状が、 前記磁気シールド体の長手方向に交差する板状 体， 該板状体に前記磁気シールド体の長手方向に沿つたリブを備えたリブ付き板 状体， 及び板の厚さを増して柱状体の群から選ばれたいずれかの形状のものであ ることを特徴とする磁気シールド構造

5 . 前記請求項 4に記載の磁気シールド構造において、

前記高透磁率部材の形状が、 前記板状体， リブ付き板状体及び柱状体の何れか に前記磁気シ一ルド体の長手方向に沿つた貫通孔を備えた ーナッッ状 ί本である ことを特徴とする磁気シールド構造。

6 . 前記請求項 5に記載の磁気シールド搆造において、

前記高透磁率部材の貫通孔が、 超電導体筒内径の 3/10以下の孔直径を備えたこ とを特徴とする磁気シールド構造。

7 . 前記請求項 1に記載の磁気シールド構造において、

複数の前記高透磁率部材を間隔を開けて、 長手方向に積層配設したことを特徴 とする磁気シールド構造。