WO2025197880A1 - 蓄冷材粒子、蓄冷材粒子群、蓄冷器、冷凍機、クライオポンプ、超電導磁石、核磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、磁界印加式単結晶引上げ装置、及び、ヘリウム再凝縮装置 - Google Patents

蓄冷材粒子、蓄冷材粒子群、蓄冷器、冷凍機、クライオポンプ、超電導磁石、核磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、磁界印加式単結晶引上げ装置、及び、ヘリウム再凝縮装置

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WO2025197880A1
WO2025197880A1 PCT/JP2025/010345 JP2025010345W WO2025197880A1 WO 2025197880 A1 WO2025197880 A1 WO 2025197880A1 JP 2025010345 W JP2025010345 W JP 2025010345W WO 2025197880 A1 WO2025197880 A1 WO 2025197880A1
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WO
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region
regenerator
cold storage
storage material
particles
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Pending
Application number
PCT/JP2025/010345
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English (en)
French (fr)
Inventor
崇博 河本
知枝 草間
将也 萩原
新哉 桜田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/14—Solid materials, e.g. powdery or granular

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to regenerator particles, regenerator particle groups, regenerators, refrigerators, cryopumps, superconducting magnets, nuclear magnetic resonance imaging devices, nuclear magnetic resonance devices, magnetic field application type single crystal pulling devices, and helium recondensation devices.
  • cryogenic refrigerators must be lightweight, compact, and highly thermally efficient. Cryogenic refrigerators are being put to practical use in a variety of fields.
  • a cryogenic refrigerator is equipped with a regenerator filled with multiple regenerator particles.
  • cold is generated by heat exchange between the regenerator particles and helium gas passing through the regenerator.
  • the regenerator particles In order to prevent the regenerator particles from breaking down while the cryogenic refrigerator is in operation, the regenerator particles must have high mechanical strength.
  • the problem that this invention aims to solve is to provide regenerator particles with high mechanical strength.
  • the regenerator particles are composed of at least one first element selected from the group consisting of yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), and ytterbium (Yb), and nickel (Ni), cobalt (Co), copper (Cu),
  • the particle comprises a first region containing at least one second element selected from the group consisting of silver (Ag), gallium (Ga), bismuth (Bi), silicon (Si), aluminum (Al), and ruthenium (Ru); and a second region having a different chemical composition from the first region, a smaller area ratio in the cross section than the first region, a minimum distance to the outer
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a cold storage material particle according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of a cold storage material particle according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the specific heat and mechanical strength of the regenerator particles.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a cold storage material particle according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged schematic cross-sectional view of a cold storage material particle according to a second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a main part of a refrigerator according to a fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a cryopump according to a fifth embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a schematic configuration of a superconducting magnet according to a sixth embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a nuclear magnetic resonance imaging apparatus according to a seventh embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a nuclear magnetic resonance apparatus according to an eighth embodiment.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a schematic configuration of a magnetic field application type single crystal pulling apparatus according to a ninth embodiment.
  • FIG. 22 is a schematic diagram showing the general configuration of a helium recondensation device according to a tenth embodiment.
  • extreme low temperatures refers to the temperature range in which the superconductivity phenomenon can be utilized industrially.
  • extremely low temperatures refer to a temperature range of 25 K or below.
  • the regenerator particles of the first embodiment contain at least one first element selected from the group consisting of yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), and ytterbium (Yb), and nickel (Ni), cobalt (Co), copper (Cu), and the like.
  • Y yttrium
  • La lanthanum
  • Ce cerium
  • Pr praseodymium
  • Nd neodymium
  • promethium Pm
  • Sm samarium
  • Eu europium
  • Gd gadolinium
  • Tb terbium
  • Dy dysprosium
  • Ho hol
  • a second region having a chemical composition different from that of the first region, a smaller area ratio in a cross section than that of the first region, a minimum distance to the outer edge of the particle in a cross section of 5 ⁇ m or more, and containing at least one third element selected from the group consisting of carbon (C), oxygen (O), and nitrogen (N).
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a regenerator particle of the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of a regenerator particle of the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion of the cross section shown in FIG. 1.
  • the regenerator particle 100 of the first embodiment is a magnetic regenerator particle containing a rare earth element and a metal.
  • the particle size of the cold storage material particles 100 is, for example, 50 ⁇ m or more and 3 mm or less.
  • the shape of the cold storage material particles 100 is, for example, spherical.
  • the shape of the cold storage material particles 100 may also be, for example, spindle-shaped or an irregular shape with an uneven surface.
  • the particle size of the regenerator particles refers to the circle-equivalent diameter.
  • the circle-equivalent diameter is the diameter of a perfect circle that corresponds to the area of a figure observed in an image such as an optical microscope image or a scanning electron microscope image.
  • the particle size of the regenerator particles can be determined, for example, by image analysis of the optical microscope image or the scanning electron microscope image.
  • the circularity R expressed as 4 ⁇ A/ L2 is, for example, greater than 0.5.
  • the circularity R of the cold storage material particle 100 can be determined, for example, by image analysis of an optical microscope image or a scanning electron microscope image.
  • the aspect ratio of the cold storage material particle 100 is, for example, 1 or more and 5 or less.
  • the aspect ratio of the cold storage material particle 100 is the ratio of the long axis to the short axis of the cold storage material particle 100.
  • the aspect ratio of the cold storage material particle 100 can be determined, for example, by image analysis of an optical microscope image or a scanning electron microscope image.
  • the maximum value of the volumetric specific heat of the regenerator particles 100 in the temperature range of 25 K or less is, for example, 0.38 J/(cm 3 ⁇ K) or more.
  • the cold storage material particle 100 of the first embodiment includes a first region 10a and a second region 10b.
  • the cold storage material particle 100 of the first embodiment includes, for example, a plurality of second regions 10b.
  • the first region 10a contains at least one first element selected from the group consisting of yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), and ytterbium (Yb), and at least one second element selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), copper (Cu), silver (Ag), gallium (Ga), bismuth (Bi), silicon (Si), aluminum (Al), and ruthenium (Ru).
  • Y yttrium
  • La lanthanum
  • Ce cerium
  • Pr praseodymium
  • Nd neodymium
  • promethium Pm
  • the first element is a rare earth element.
  • the second element is a metal element.
  • the first region 10a contains, for example, a compound of a rare earth element and a metal element.
  • the first region 10a is composed of, for example, a compound of a rare earth element and a metal element.
  • the chemical composition of the compound contained in the first region 10a can be expressed, for example, as RMx (R is at least one rare earth element selected from the group consisting of yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), and ytterbium (Yb); M is at least one metal element selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), copper (Cu), silver (Ag), gallium (Ga), bismuth (Bi), silicon (Si), aluminum (Al), and ruthenium (Ru); and x is 1 or more and 13 or less).
  • R is at least one rare earth element selected from the group consist
  • the first region 10a includes, for example, holmium (Ho) and nickel (Ni).
  • the first region 10a includes, for example, a compound of holmium (Ho) and nickel (Ni).
  • the first region 10a includes, for example, HoNi2 or HoNi.
  • the first region 10a includes, for example, holmium (Ho) and copper (Cu).
  • the first region 10a includes, for example, a compound of holmium (Ho) and copper (Cu).
  • the first region 10a includes, for example, HoCu2 or HoCu.
  • the first region 10a includes, for example, erbium (Er) and nickel (Ni), or a compound of erbium (Er) and nickel (Ni), such as Er 3 Ni or ErNi.
  • the first region 10a includes, for example, erbium (Er) and cobalt (Co).
  • the first region 10a includes, for example, a compound of erbium (Er) and cobalt (Co).
  • the first region 10a includes, for example, Er 3 Co.
  • the second region 10b has a different chemical composition from the first region 10a.
  • the second region 10b contains at least one third element selected from the group consisting of carbon (C), oxygen (O), and nitrogen (N).
  • the third element contained in the second region 10b is, for example, carbon (C) and oxygen (O).
  • the first region 10a may or may not contain a third element. If the first region 10a contains a third element, the atomic concentration of the third element contained in the second region 10b is higher than the atomic concentration of the third element contained in the first region 10a.
  • the atomic concentration of the third element contained in the second region 10b is, for example, 10 atomic % or more higher than the atomic concentration of the third element contained in the first region 10a.
  • the difference between the atomic concentration of the third element contained in the second region 10b and the atomic concentration of the third element contained in the first region 10a is, for example, 10 atomic % or more and 50 atomic % or less.
  • the second region 10b contains, for example, the same first element contained in the first region 10a and the same second element contained in the first region 10a.
  • the second region 10b also contains holmium (Ho) and nickel (Ni).
  • the second region 10b also contains holmium (Ho) and copper (Cu).
  • the second region 10b also contains erbium (Er) and nickel (Ni).
  • the second region 10b also contains erbium (Er) and cobalt (Co).
  • the second region 10b also contains erbium (Er) and cobalt (Co).
  • the elements and atomic concentrations of the elements contained in the first region 10a or the second region 10b can be determined, for example, by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX).
  • EDX energy dispersive X-ray spectroscopy
  • the compounds contained in the regenerator particles 100 can be identified using powder X-ray diffraction (PXRD).
  • the first region 10a is, for example, a main phase that has a dominant influence on the specific heat characteristics of the regenerator particle 100.
  • the second region 10b is, for example, a subphase of the regenerator particle 100.
  • the first region 10a is, for example, the matrix of the cold storage material particles 100.
  • the second region 10b is, for example, a precipitate formed during the production of the cold storage material particles 100.
  • each second region 10b is, for example, surrounded by a first region 10a.
  • the first region 10a is polycrystalline.
  • the first region 10a includes a plurality of crystal grains.
  • the second region 10b exists, for example, at the grain boundaries of the first region 10a. Furthermore, the second region 10b exists, for example, within the crystal grains of the first region 10a.
  • the minimum distance (d in FIG. 1) of the second region 10b to the outer edge of the regenerator particle 100 is, for example, 5 ⁇ m or more.
  • the minimum distance (d in FIG. 1) to the outer edge of at least one second region 10b among the multiple second regions 10b is, for example, 5 ⁇ m or more.
  • the second region 10b is also present, for example, in the center of the cold storage material particle 100.
  • the minimum distance (d in FIG. 1) to the outer edge of at least one of the multiple second regions 10b is, for example, at least one-fourth the particle diameter of the cold storage material particle 100.
  • the area ratio of the second region 10b in the cross section of the cold storage material particle 100 is smaller than the area ratio of the first region 10a in the cross section of the cold storage material particle 100.
  • the area ratio of the second region in the cross section of the cold storage material particle 100 is, for example, 0.01% or more and 15% or less.
  • the area proportion of the first region 10a and the area proportion of the second region 10b can be determined, for example, by observing a backscattered electron image of the cross section of the regenerator particle 100 using a scanning electron microscope (SEM). For example, the area occupied by a region identified as the first region 10a or the second region 10b in the backscattered electron image is measured using image processing software. Whether a region is the first region 10a or the second region 10b can be determined, for example, using energy dispersive X-ray spectroscopy.
  • the average long diameter of the crystal grains in the first region 10a is, for example, larger than the average long diameter of the crystal grains in the second region 10b.
  • the average long diameter of the crystal grains in the first region 10a is, for example, 5 to 100 times the average long diameter of the crystal grains in the second region 10b.
  • the major axis of the crystal grains in the first region 10a and the major axis of the crystal grains in the second region 10b can be measured, for example, by observing the cross section of the regenerator particle 100 using a transmission electron microscope (TEM).
  • TEM transmission electron microscope
  • regenerator particles 100 of the first embodiment are manufactured by the rotating disk process (RDP process).
  • a HoNi 2 alloy and Ni 3 C, a nickel carbide are prepared.
  • the HoNi 2 alloy with Ni 3 C added is melted, and the molten metal is dropped onto a rotating disk in an argon atmosphere and rapidly solidified. The rapid solidification of the molten metal produces regenerator particles.
  • the regenerator particle 100 having the first region 10 a containing HoNi 2 and the second region 10 b containing carbon (C) is produced.
  • NiO which is an oxide of nickel
  • the second region 10b may be made from the HoNi 2 alloy.
  • Ni 3 C and NiO may be added to the HoNi 2 alloy.
  • Ni 3 N which is a nitride of nickel, may be added to the HoNi 2 alloy.
  • a HoNi alloy may be used instead of the HoNi 2 alloy.
  • the above manufacturing method allows the production of the cold storage material particles 100 of the first embodiment.
  • a cryogenic refrigerator is equipped with a regenerator filled with multiple regenerator particles.
  • cold is generated by heat exchange between the regenerator particles and helium gas passing through the regenerator.
  • the regenerator particles In order to prevent the regenerator particles from breaking down while the cryogenic refrigerator is in operation, the regenerator particles must have high mechanical strength.
  • the cold storage material particle 100 of the first embodiment is provided with the second region 10b, thereby achieving higher mechanical strength than, for example, cold storage material particles that do not have the second region 10b.
  • Figure 3 is a diagram showing the specific heat and mechanical strength of the regenerator particles.
  • the horizontal axis represents the area proportion of the second region 10b in the cross section of the regenerator particle
  • the left vertical axis represents the maximum volumetric specific heat of the regenerator particle
  • the right vertical axis represents the mechanical strength of the regenerator particle.
  • the mechanical strength of the regenerator particle is shown as a ratio based on the mechanical strength of the regenerator particle excluding the second region 10b. Note that the black triangles in Figure 3 represent the specific heat, and the white circles in Figure 3 represent the mechanical strength.
  • the volumetric specific heat of the regenerator particles can be measured, for example, using a Physical Property Measurement System (PPMS).
  • PPMS Physical Property Measurement System
  • the mechanical strength of the regenerator particles can be measured, for example, using a microcompression testing machine.
  • the first region 10a of the regenerator particle in Fig. 3 is composed of HoNi2 , and the second region 10b contains carbon (O) and oxygen (O).
  • the regenerator particle in Fig. 3 exhibits a maximum value of volumetric specific heat in the temperature range of, for example, 10 K or higher and 15 K or lower.
  • the specific heat of lead (Pb) is shown in Fig. 3 by a dashed line.
  • the area ratio of the second region 10b in the cross section of the cold storage material particle 100 is preferably 0.01% or more and 15% or less, and more preferably 0.1% or more and 1% or less.
  • the area ratio of the second region 10b For example, by setting the area ratio of the second region 10b to 15% or less, it is possible to exceed the specific heat of the lead regenerator material. For example, by setting the area ratio of the second region 10b to 15% or less, it is possible to replace lead regenerator materials, which are of concern due to their environmental impact.
  • the atomic concentration of the third element contained in the second region 10b is preferably 10 atomic % or more of the atomic concentration of the third element contained in the first region 10a, and more preferably 20 atomic % or more.
  • the minimum distance (d in Figure 1) of the second region 10b to the outer edge of the cold storage material particle 100 is 5 ⁇ m or more, more preferably 3 ⁇ m or more, and even more preferably 2 ⁇ m or more.
  • the presence of the second region 10b up to near the outer edge means that the second region 10b is present throughout the cold storage material particle 100. This further improves the mechanical strength of the cold storage material particle 100.
  • the minimum distance (d in Figure 1) to the outer edge of at least one second region 10b among the multiple second regions 10b is, for example, 5 ⁇ m or more, more preferably 3 ⁇ m or more, and even more preferably 2 ⁇ m or more.
  • the presence of the second region 10b inside the cold storage material particle 100 improves the mechanical strength of the cold storage material particle 100.
  • the cross section of the cold storage material particle 100 has second regions 10b whose distance to the outer edge of the cold storage material particle 100 is greater than 5 ⁇ m, it is more preferable that the cross section of the cold storage material particle 100 has second regions 10b whose distance to the outer edge of the cold storage material particle 100 is 10 ⁇ m or more, and it is even more preferable that the cross section of the cold storage material particle 100 has second regions 10b whose distance to the outer edge of the cold storage material particle 100 is 20 ⁇ m or more.
  • the maximum value of the volumetric specific heat of the regenerator particles 100 in the temperature range of 25 K or less is preferably 0.3 J/(cm 3 ⁇ K) or more, more preferably 0.38 J/(cm 3 ⁇ K) or more, and even more preferably 0.4 J/(cm 3 ⁇ K) or more.
  • the cold storage material particles are spherical.
  • the circularity R of the cold storage material particles 100 is large, and it is preferable that the circularity R is close to 1. It is preferable that the circularity R of the cold storage material particles 100 is greater than 0.5, more preferably 0.7 or greater, and even more preferably 0.9 or greater.
  • a group of cold storage material particles can be formed by gathering multiple cold storage material particles 100 of the first embodiment.
  • a group of cold storage material particles can be formed that contains 90% or more cold storage material particles 100 of the first embodiment by number.
  • the first embodiment can provide regenerator particles with high mechanical strength.
  • the cold storage material of the second embodiment differs from the cold storage material particles of the first embodiment in that it further includes a third region that has a different chemical composition from the first region and the second region, has a smaller area ratio in the cross section than the first region, and contains the same first element and second element as the first region.
  • a third region that has a different chemical composition from the first region and the second region, has a smaller area ratio in the cross section than the first region, and contains the same first element and second element as the first region.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a regenerator particle of the second embodiment.
  • FIG. 5 is an enlarged schematic cross-sectional view of a regenerator particle of the second embodiment.
  • FIG. 5 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion of the cross section shown in FIG. 4.
  • the regenerator particle 200 of the second embodiment is a magnetic regenerator particle containing a rare earth element and a metal.
  • the cold storage material particle 200 of the second embodiment includes a first region 10a, a second region 10b, and a third region 10c.
  • the cold storage material particle 200 of the second embodiment includes, for example, a plurality of second regions 10b and a plurality of third regions 10c.
  • the third region 10c has a different chemical composition from the first region 10a and the second region 10b.
  • the third region 10c contains the same first element as contained in the first region 10a and the same second element as contained in the first region 10a.
  • the third region 10c contains a second compound that is a compound containing the same first element and the same second element, but has a different chemical composition from the first compound.
  • the first region 10a is composed of a first compound of a first element and a second element
  • the third region 10c is composed of a second compound that is a compound of the same first element and the same second element, but has a different chemical composition from the first compound.
  • the third region 10c also contains holmium (Ho) and nickel (Ni). If the first region 10a contains, for example, a compound of holmium (Ho) and nickel (Ni), the third region 10c also contains a compound of holmium (Ho) and nickel (Ni).
  • the third region 10c includes HoNi.
  • the first region 10a is made of HoNi 2
  • the third region 10c is made of HoNi.
  • the third region 10c includes HoNi 2.
  • the third region 10c is made of HoNi 2 .
  • the third region 10c also contains holmium (Ho) and copper (Cu). If the first region 10a contains, for example, a compound of holmium (Ho) and copper (Cu), the third region 10c also contains a compound of holmium (Ho) and copper (Cu).
  • the third region 10c contains HoCu.
  • the first region 10a is made of HoCu 2
  • the third region 10c is made of HoCu.
  • the third region 10c contains HoCu 2.
  • the third region 10c is made of HoCu 2 .
  • the third region 10c also contains erbium (Er) and nickel (Ni). If the first region 10a contains, for example, a compound of erbium (Er) and nickel (Ni), the third region 10c also contains a compound of erbium (Er) and nickel (Ni).
  • the third region 10c contains ErNi.
  • the first region 10a is made of Er 3 Ni
  • the third region 10c is made of ErNi.
  • the third region 10c contains Er 3 Ni.
  • the third region 10c is made of Er 3 Ni.
  • the third region 10c may or may not contain a third element.
  • the atomic concentration of the third element contained in the second region 10b is higher than the atomic concentration of the third element contained in the third region 10c.
  • the atomic concentration of the third element contained in the second region 10b is, for example, 10 atomic % or more higher than the atomic concentration of the third element contained in the third region 10c.
  • the difference between the atomic concentration of the third element contained in the second region 10b and the atomic concentration of the third element contained in the third region 10c is, for example, 10 atomic % or more and 50 atomic % or less.
  • the first region 10a is, for example, a main phase that has a dominant effect on the specific heat characteristics of the regenerator particle 100.
  • the second region 10b and the third region 10c are, for example, subphases that do not have a dominant effect on the specific heat characteristics of the regenerator particle 100.
  • the first region 10a is, for example, the matrix of the cold storage material particle 100.
  • the second region 10b is, for example, a precipitate formed during the manufacture of the cold storage material particle 100.
  • the third region 10c is, for example, a crystalline phase formed during the manufacture of the cold storage material particle 100.
  • the multiple second regions 10b and the multiple third regions 10c are dispersed, for example, within the regenerator particle 100.
  • Each of the multiple second regions 10b and each of the multiple third regions 10c is surrounded, for example, by the first region 10a.
  • the first region 10a is polycrystalline.
  • the first region 10a includes a plurality of crystal grains.
  • the second region 10b exists, for example, at the grain boundary of the first region 10a.
  • the second region 10b exists, for example, within the crystal grains of the first region 10a.
  • the third region 10c exists, for example, at the grain boundary of the first region 10a.
  • the third region 10c exists, for example, within the crystal grains of the first region 10a.
  • the area ratio of the third region 10c in the cross section of the cold storage material particle 100 is smaller than the area ratio of the first region 10a in the cross section of the cold storage material particle 100.
  • the area ratio of the third region in the cross section of the cold storage material particle 100 is, for example, 0.01% or more and 30% or less.
  • the average length of the crystal grains in the first region 10a is, for example, larger than the average length of the crystal grains in the third region 10c.
  • the second embodiment can provide regenerator particles with high mechanical strength.
  • the regenerator of the third embodiment is a regenerator filled with a plurality of regenerator particles of the first or second embodiment.
  • the ratio of regenerator particles having a circularity R of 0.5 or less, expressed by 4 ⁇ A/ L2 is 5% or less.
  • the circularity R can be determined by image processing the shapes of multiple ice storage material particles in an image obtained using an optical microscope. Ice storage material particles with a circularity R of 0.5 or less have, for example, uneven surfaces.
  • regenerator's regenerator's regenerative performance may decrease.
  • regenerator particles are filled with multiple regenerator particles containing more than 5% regenerator particles with uneven surfaces.
  • the stress acting on the regenerator particles during operation of the refrigerator will cause the particles to break.
  • fine particles are generated. These fine particles can, for example, clog voids inside the regenerator. When voids inside the regenerator become clogged, the refrigeration performance and long-term reliability of the refrigerator will decrease.
  • the amount of cold storage material particles with a circularity R of 0.5 or less filled into the cold storage unit be 2% or less, and more preferably 0%.
  • regenerator particles with excellent properties By using regenerator particles with excellent properties, a regenerator with excellent characteristics can be realized.
  • the refrigerator of the fourth embodiment is a refrigerator equipped with the regenerator of the third embodiment filled with a plurality of regenerator particles of the first or second embodiment.
  • the regenerator of the third embodiment filled with a plurality of regenerator particles of the first or second embodiment.
  • Figure 6 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of a refrigerator of the fourth embodiment.
  • Figure 6 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of a GM refrigerator, which is an example of a refrigerator of the fourth embodiment.
  • the GM refrigerator which is an example of a refrigerator of the fourth embodiment, includes the regenerator of the third embodiment, which is filled with a plurality of regenerator particles of the first or second embodiment.
  • the refrigerator of the fourth embodiment is a two-stage regenerative cryogenic refrigerator 300 used to cool superconducting equipment and the like.
  • the refrigerator may be, for example, a Stirling-type refrigerator or a pulse tube-type refrigerator.
  • the regenerative cryogenic refrigerator 300 includes a first cylinder 111, a second cylinder 112, a vacuum vessel 113, a first regenerator 114, a second regenerator 115 (regenerators), a first seal ring 116, a second seal ring 117, a first regenerator material 118, a second regenerator material 119 (regenerator particles), a first expansion chamber 120, a second expansion chamber 121, a first cooling stage 122, a second cooling stage 123, and a compressor 124.
  • the regenerative cryogenic refrigerator 300 includes a vacuum vessel 113 provided with a large-diameter first cylinder 111 and a small-diameter second cylinder 112 coaxially connected to the first cylinder 111.
  • a first regenerator 114 is arranged in the first cylinder 111 so that it can move back and forth.
  • a second regenerator 115 is arranged in the second cylinder 112 so that it can move back and forth.
  • a first seal ring 116 is disposed between the first cylinder 111 and the first regenerator 114.
  • a second seal ring 117 is disposed between the second cylinder 112 and the second regenerator 115.
  • the first regenerator 114 is filled with a first regenerator material 118 such as a Cu mesh.
  • the second regenerator 115 is filled with a plurality of regenerator particles of the first or second embodiment as the second regenerator material 119.
  • the second regenerator 115 may be divided by a metal mesh material and may have multiple regenerator material filling layers. When the second regenerator 115 is divided into multiple filling layers, at least one filling layer is filled with a regenerator material particle group consisting of multiple regenerator material particles of the first or second embodiment.
  • regenerator material particle group selected from, for example, rare earth oxide regenerator material particle group, rare earth oxysulfide regenerator material particle group, lead regenerator material particle group, bismuth regenerator material particle group, tin regenerator material particle group, holmium nickel regenerator material particle group, holmium copper regenerator material particle group, erbium nickel regenerator material particle group, erbium cobalt regenerator material particle group, and gadolinium aluminum oxide regenerator material particle group.
  • regenerator material particle group selected from, for example, rare earth oxide regenerator material particle group, rare earth oxysulfide regenerator material particle group, lead regenerator material particle group, bismuth regenerator material particle group, tin regenerator material particle group, holmium nickel regenerator material particle group, holmium copper regenerator material particle group, erbium nickel regenerator material particle group, erbium cobalt regenerator material particle group, and gadolinium aluminum oxide regenerator material particle group.
  • the combination of regenerator particles is such that the particles with the higher peak specific heat temperature are the first regenerator particle group, and the particles with the lower peak specific heat temperature are the second regenerator particle group, and the combinations are made so that the peak specific heat temperatures decrease in succession.
  • the first regenerator 114 and the second regenerator 115 each have a passage for the working medium provided in the gap between the first regenerator material 118 and the second regenerator material 119.
  • the working medium is helium gas.
  • a first expansion chamber 120 is provided between the first regenerator 114 and the second regenerator 115.
  • a second expansion chamber 121 is provided between the second regenerator 115 and the tip wall of the second cylinder 112.
  • a first cooling stage 122 is provided at the bottom of the first expansion chamber 120.
  • a second cooling stage 123 which has a lower temperature than the first cooling stage 122, is formed at the bottom of the second expansion chamber 121.
  • a high-pressure working medium is supplied from the compressor 124 to the two-stage regenerative cryogenic refrigerator 300 described above.
  • the supplied working medium passes through the first regenerative material 118 filled in the first regenerator 114 and reaches the first expansion chamber 120. It then passes through the second regenerative material 119 filled in the second regenerator 115 and reaches the second expansion chamber 121.
  • the working medium is cooled by supplying thermal energy to the first cold storage material 118 and the second cold storage material 119.
  • the working medium that passes between the first cold storage material 118 and the second cold storage material 119 expands in the first expansion chamber 120 and the second expansion chamber 121, generating cold.
  • the first cooling stage 122 and the second cooling stage 123 are then cooled.
  • the expanded working medium flows in the opposite direction between the first and second regenerator materials 118 and 119.
  • the working medium receives thermal energy from the first and second regenerator materials 118 and 119 and is then discharged.
  • the thermal efficiency of the working medium cycle improves, and the regenerative cryogenic refrigerator 300 is configured to achieve even lower temperatures.
  • the regenerator included in the regenerative cryogenic refrigerator 300 of the fourth embodiment has a second regenerator 115 filled with a plurality of regenerative particles of the first or second embodiment as second regenerative material 119. At least a portion of the second regenerative material 119 is the regenerative particle of the first or second embodiment.
  • the perimeter of the projection image of each of the plurality of cold storage material particles is L and the actual area of the projection image is A, it is preferable that 5% or less of the cold storage material particles have a circularity R of 0.5 or less, which is expressed by 4 ⁇ A/ L2 .
  • the long-term reliability of the magnetic levitation train can be improved.
  • the cryopump of the fifth embodiment includes the refrigerator of the fourth embodiment.
  • some of the description overlapping with the fourth embodiment will be omitted.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the schematic configuration of a cryopump of the fifth embodiment.
  • the cryopump of the fifth embodiment is a cryopump 500 equipped with the regenerative cryogenic refrigerator 300 of the fourth embodiment.
  • the cryopump 500 comprises a cryopanel 501 that condenses or adsorbs gas molecules, a regenerative cryogenic refrigerator 300 that cools the cryopanel 501 to a predetermined cryogenic temperature, a shield 503 installed between the cryopanel 501 and the regenerative cryogenic refrigerator 300, a baffle 504 installed at the intake port, and a ring 505 that changes the pumping speed of argon, nitrogen, hydrogen, etc.
  • a cryopump with excellent characteristics can be realized by using a refrigerator with excellent characteristics.
  • the superconducting magnet of the sixth embodiment includes the refrigerator of the fourth embodiment.
  • some of the description overlapping with the fourth embodiment will be omitted.
  • Figure 8 is a perspective view showing the schematic configuration of a superconducting magnet according to the sixth embodiment.
  • the superconducting magnet according to the sixth embodiment is a superconducting magnet 600 for a magnetically levitated train equipped with the regenerative cryogenic refrigerator 300 according to the fourth embodiment.
  • the superconducting magnet 600 for a magnetically levitated train comprises a superconducting coil 601, a liquid helium tank 602 for cooling the superconducting coil 601, a liquid nitrogen tank 603 for preventing the evaporation of the liquid helium, laminated insulation material 605, a power lead 606, a persistent current switch 607, and a regenerative cryogenic refrigerator 300.
  • a superconducting magnet with excellent characteristics can be realized by using a refrigerator with excellent characteristics.
  • the nuclear magnetic resonance imaging apparatus of the seventh embodiment includes the refrigerator of the fourth embodiment.
  • the refrigerator of the fourth embodiment includes the refrigerator of the fourth embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the schematic configuration of a nuclear magnetic resonance imaging apparatus according to the seventh embodiment.
  • the nuclear magnetic resonance imaging (MRI) apparatus according to the seventh embodiment is a nuclear magnetic resonance imaging apparatus 700 equipped with the regenerative cryogenic refrigerator 300 according to the fourth embodiment.
  • the nuclear magnetic resonance imaging device 700 comprises a superconducting static magnetic field coil 701 that applies a spatially uniform and temporally stable static magnetic field to the human body, a correction coil (not shown) that corrects for non-uniformity in the generated magnetic field, a gradient magnetic field coil 702 that applies a magnetic field gradient to the measurement region, a radio frequency transmission/reception probe 703, a cryostat 705, and a radiation heat insulating shield 706.
  • a regenerative cryogenic refrigerator 300 is used to cool the superconducting static magnetic field coil 701.
  • a nuclear magnetic resonance imaging device with excellent characteristics can be realized by using a refrigerator with excellent characteristics.
  • the nuclear magnetic resonance apparatus of the eighth embodiment includes the refrigerator of the fourth embodiment.
  • the refrigerator of the fourth embodiment includes the refrigerator of the fourth embodiment.
  • FIG 10 is a cross-sectional view showing the schematic configuration of a nuclear magnetic resonance (NMR) apparatus according to the eighth embodiment.
  • the nuclear magnetic resonance (NMR) apparatus according to the eighth embodiment is a nuclear magnetic resonance apparatus 800 equipped with the regenerative cryogenic refrigerator 300 according to the fourth embodiment.
  • the nuclear magnetic resonance apparatus 800 includes a superconducting static magnetic field coil 802 that applies a magnetic field to a sample such as an organic substance placed in a sample tube 801, a high-frequency oscillator 803 that applies radio waves to the sample tube 801 in the magnetic field, and an amplifier 804 that amplifies the induced current generated in a coil (not shown) around the sample tube 801. It also includes a regenerative cryogenic refrigerator 300 that cools the superconducting static magnetic field coil 802.
  • a nuclear magnetic resonance apparatus with excellent characteristics can be realized by using a refrigerator with excellent characteristics.
  • the magnetic field application type single crystal pulling apparatus of the ninth embodiment includes the refrigerator of the fourth embodiment.
  • the refrigerator of the fourth embodiment includes the refrigerator of the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the schematic configuration of a magnetic field application type single crystal pulling apparatus according to the ninth embodiment.
  • the magnetic field application type single crystal pulling apparatus according to the ninth embodiment is a magnetic field application type single crystal pulling apparatus 900 equipped with the regenerative cryogenic refrigerator 300 according to the fourth embodiment.
  • the magnetic field application type single crystal pulling apparatus 900 comprises a single crystal pulling section 901 having a crucible for melting raw material, a heater, a single crystal pulling mechanism, etc., a superconducting coil 902 that applies a static magnetic field to the raw material melt, a lifting mechanism 903 for the single crystal pulling section 901, a current lead 905, a heat shield plate 906, and a helium container 907.
  • a regenerative cryogenic refrigerator 300 is used to cool the superconducting coil 902.
  • a magnetic field application type single crystal pulling device with excellent characteristics can be realized by using a refrigerator with excellent characteristics.
  • the helium recondensing device of the tenth embodiment includes the refrigerator of the fourth embodiment.
  • some of the description overlapping with the fourth embodiment will be omitted.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the general configuration of a helium recondensation device according to the tenth embodiment.
  • the helium recondensation device according to the tenth embodiment is a helium recondensation device 1000 equipped with the regenerative cryogenic refrigerator 300 according to the fourth embodiment.
  • the helium recondensation device 1000 includes a regenerative cryogenic refrigerator 300, an evaporation pipe 1001, and a liquefaction pipe 1002.
  • the helium recondensing device 1000 can recondense helium gas evaporating from a liquid helium device to produce liquid helium.
  • the liquid helium device can be, for example, a superconducting magnet, a nuclear magnetic resonance (NMR) device, a nuclear magnetic resonance imaging (MRI) device, a physical property measurement system (PPMS), or a magnetic property measurement system.
  • Helium gas is introduced into the helium recondenser 1000 from a liquid helium device (not shown) through evaporation piping 1001.
  • the helium gas is cooled to 4 K, below the liquefaction temperature of helium, by the regenerative cryogenic refrigerator 300.
  • the condensed and liquefied liquid helium returns to the liquid helium device through liquefaction piping 1002.
  • a helium recondenser with excellent characteristics can be realized by using a refrigerator with excellent characteristics.
  • Example 1 An HoNi 2 alloy and Ni 3 C, a nickel carbide, were prepared. Next, the HoNi 2 alloy with Ni 3 C added was melted at approximately 1500° C. Next, the molten metal was dropped onto a rotating disk in an argon atmosphere at a pressure of approximately 101 kPa, and rapidly cooled and solidified, thereby producing the regenerator particles of Example 1.
  • the first element is holmium (Ho)
  • the second element is nickel (Ni)
  • the third element is carbon (C).
  • the cross-section of the manufactured regenerator particles was observed using a scanning electron microscope to obtain backscattered electron images. First and second regions with different chemical compositions were observed. The second region was dispersed inside the regenerator particle. The minimum distance to the outer edge of the regenerator particle in the second region was 5 ⁇ m or more.
  • the elements and element concentrations contained in the first and second regions were measured using energy dispersive X-ray spectroscopy.
  • the area ratios of the first and second regions were measured from backscattered electron images taken with a scanning electron microscope.
  • the area ratios were measured using the image processing software ImageJ.
  • the manufactured regenerator particles were analyzed using powder X-ray diffraction to identify the crystalline phase of the first region.
  • the mechanical strength of the manufactured regenerator particles was measured.
  • the mechanical strength was measured using a micro-compression testing machine.
  • the maximum volumetric specific heat of the manufactured regenerator particles at temperatures below 25K was measured. Measurements were performed using a Physical Property Measurement System (PPMS).
  • PPMS Physical Property Measurement System
  • Table 1 The results of the above measurements are shown in Table 1.
  • the column for chemical composition of the first region shows the chemical composition of the crystalline phase whose presence was confirmed.
  • the column for chemical composition of the second region shows the elements whose presence was confirmed.
  • Table 1 also shows the difference in atomic concentration of the third element between the first region and the second region.
  • the difference in atomic concentration of the third element is the value obtained by subtracting the atomic concentration of the third element in the first region from the atomic concentration of the third element in the second region.
  • the mechanical strength ratios are based on the mechanical strength of regenerator particles in which the first region has the same chemical composition and does not include the third region.
  • Example 6 Except for changing the amount of Ni 3 C added to the HoNi 2 alloy, the regenerator particles were produced in the same manner as in Example 1. The same measurements as in Example 1 were carried out. The results are shown in Table 1.
  • Example 7 The cold storage material particles were produced in the same manner as in Example 1, except that NiO, an oxide of nickel, was added to the HoNi2 alloy instead of Ni3C . The same measurements as in Example 1 were carried out. The results are shown in Table 1.
  • Example 8 Except for adding Ni 3 C and NiO to the HoNi 2 alloy, regenerator particles were produced in the same manner as in Example 1. The same measurements as in Example 1 were carried out. The results are shown in Table 1.
  • Example 9 The regenerator particles were produced in the same manner as in Example 1, except that Ni3N , a nitride of nickel, was added to the HoNi2 alloy instead of Ni3C . The same measurements as in Example 1 were carried out. The results are shown in Table 1.
  • Example 10 Except for using a HoNi alloy instead of the HoNi 2 alloy, regenerator particles were produced in the same manner as in Example 1. The same measurements as in Example 1 were carried out. The results are shown in Table 1.
  • Example 11 Except for adding the HoNi alloy to the HoNi 2 alloy, the regenerator particles were produced in the same manner as in Example 1. The same measurements as in Example 1 were carried out. The results are shown in Table 1.
  • Example 12 Except for using HoCu 2 alloy instead of HoNi 2 alloy, the regenerator particles were produced in the same manner as in Example 1. The same measurements as in Example 1 were carried out. The results are shown in Table 1.
  • Example 13 Except for using Er 3 Ni alloy instead of HoNi 2 alloy, regenerator particles were produced in the same manner as in Example 1. The same measurements as in Example 1 were carried out. The results are shown in Table 1.
  • regenerator particles were produced in the same manner as in Example 1. The same measurements as in Example 1 were carried out. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 and Comparative Example 1 show that the strength is improved when the area ratio of the second region is 0.01% or more.
  • Example 3 and Comparative Example 4 show that the strength is further improved when the area ratio of the second region is 0.1% or more. This is thought to be because the second region contains 10 atomic % or more of atoms of the third element compared to the first region, which improves the strength of the particle itself.
  • the specific heat decreases when the area ratio of the second region exceeds 1%, and decreases further when it exceeds 15%. From the above, it can be seen that the area ratio of the second region is preferably 0.01% or more and 15% or less, and more preferably 0.1% or more and 1% or less. The presence of the second region improves strength, but since the second region does not contribute to the specific heat, it is thought that the specific heat decreases as its amount increases.
  • Examples 10, 12, and 13 and Comparative Examples 2, 3, and 4 show that in addition to HoNi 2 , other regenerator materials such as HoNi, HoCu 2 , and Er 3 Ni also have improved strength by including a second region in which the minimum distance to the outer edge of the regenerator particle is 5 ⁇ m or more.
  • a first region including at least one first element selected from the group consisting of yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), and ytterbium (Yb), and at least one second element selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), copper (Cu), silver (Ag), gallium (Ga), bismuth (Bi), silicon (Si), aluminum (Al), and ruthenium (Ru); a second region having a chemical composition different from that of the first region, an area ratio in a cross section smaller than that of the first region, a minimum distance to the outer edge of the particle in the group consisting of
  • the first region may or may not contain the at least one third element;
  • the refrigerant particles described in any one of Technical Proposals 1 to 6 further comprise a third region having a different chemical composition from the first region and the second region, an area proportion in the cross section smaller than that of the first region, and containing the at least one first element and the at least one second element.
  • the first region is polycrystalline, and the average long diameter of the crystal grains in the first region is greater than the average long diameter of the second region.
  • 10a First region 10b: Second region 10c: Third region 100: Cold storage material particles 115: Second cold storage unit (cold storage unit) 200 Cold storage material particles 300 Cold storage type cryogenic refrigerator (freezer) 500 Cryopump 600 Superconducting magnet 700 Nuclear magnetic resonance imaging device 800 Nuclear magnetic resonance device 900 Magnetic field application type single crystal pulling device 1000 Helium recondensation device

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Abstract

実施形態の蓄冷材粒子は、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、及びＹｂからなる群から選ばれる少なくとも一つの第１の元素と、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｇａ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ａｌ、及びＲｕからなる群から選ばれる少なくとも一つの第２の元素と、を含む第１の領域と、第１の領域と化学組成が異なり、断面における面積割合が第１の領域より小さく、上記断面における粒子の外縁までの最小距離が５μｍ以上であり、Ｃ、Ｏ、及びＮからなる群から選ばれる少なくとも一つの第３の元素を含む第２の領域と、を含む。

Description

蓄冷材粒子、蓄冷材粒子群、蓄冷器、冷凍機、クライオポンプ、超電導磁石、核磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、磁界印加式単結晶引上げ装置、及び、ヘリウム再凝縮装置
　本発明の実施形態は、蓄冷材粒子、蓄冷材粒子群、蓄冷器、冷凍機、クライオポンプ、超電導磁石、核磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、磁界印加式単結晶引上げ装置、及び、ヘリウム再凝縮装置に関する。
　近年、超電導技術の発展は著しく、超電導技術の応用分野が拡大するに伴って小型で高性能の極低温冷凍機の開発が不可欠になってきている。極低温冷凍機は、軽量かつ小型で熱効率の高いことが要求される。極低温冷凍機は、種々の応用分野において実用化が進められている。
　極低温冷凍機は、複数の蓄冷材粒子を充填した蓄冷器を備える。例えば、蓄冷材粒子と、蓄冷器の中を通るヘリウムガスとの間で熱交換を行うことにより、寒冷を発生させる。極低温冷凍機の動作中の蓄冷材粒子の破壊を抑制するために、蓄冷材粒子には高い機械的強度を備えることが要求される。
特開２０１８－１７３２６８号公報
　本発明が解決しようとする課題は、高い機械的強度を備えた蓄冷材粒子を提供することにある。
　実施形態の蓄冷材粒子は、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、及びイッテルビウム（Ｙｂ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第１の元素と、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、ガリウム（Ｇａ）、ビスマス（Ｂｉ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びルテニウム（Ｒｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第２の元素と、を含む第１の領域と、前記第１の領域と化学組成が異なり、断面における面積割合が前記第１の領域より小さく、前記断面における粒子の外縁までの最小距離が５μｍ以上であり、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、及び窒素（Ｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第３の元素を含む第２の領域と、を含む。
第１の実施形態の蓄冷材粒子の模式断面図。 第１の実施形態の蓄冷材粒子の拡大模式断面図。 蓄冷材粒子の比熱及び機械的強度を示す図。 第２の実施形態の蓄冷材粒子の模式断面図。 第２の実施形態の蓄冷材粒子の拡大模式断面図。 第４の実施形態の冷凍機の要部構成を示す模式断面図。 第５の実施形態のクライオポンプの概略構成を示す断面図。 第６の実施形態の超電導磁石の概略構成を示す斜視図。 第７の実施形態の核磁気共鳴イメージング装置の概略構成を示す断面図。 第８の実施形態の核磁気共鳴装置の概略構成を示す断面図。 第９の実施形態の磁界印加式単結晶引上げ装置の概略構成を示す斜視図。 第１０の実施形態のヘリウム再凝縮装置の概略構成を示す模式図。
　以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材などには同一の符号を付し、一度説明した部材などについては適宜その説明を省略する場合がある。
　本明細書中、極低温とは、例えば、超電導現象を工業的に有用に利用できる温度域を意味する。極低温とは、例えば、２５Ｋ以下の温度域である。
（第１の実施形態）
　第１の実施形態の蓄冷材粒子は、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、及びイッテルビウム（Ｙｂ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第１の元素と、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、ガリウム（Ｇａ）、ビスマス（Ｂｉ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びルテニウム（Ｒｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第２の元素と、を含む第１の領域と、第１の領域と化学組成が異なり、断面における面積割合が第１の領域より小さく、断面における粒子の外縁までの最小距離が５μｍ以上であり、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、及び窒素（Ｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第３の元素を含む第２の領域と、を含む。
　図１は、第１の実施形態の蓄冷材粒子の模式断面図である。図２は、第１の実施形態の蓄冷材粒子の拡大模式断面図である。図２は、図１に示される断面の一部の拡大模式断面図である。第１の実施形態の蓄冷材粒子１００は、希土類元素及び金属を含む磁性蓄冷材粒子である。
　蓄冷材粒子１００の粒径は、例えば、５０μｍ以上３ｍｍ以下である。蓄冷材粒子１００の形状は、例えば、球状である。蓄冷材粒子１００の形状は、例えば、紡錘状、又は、表面に凹凸を有する不定形状であっても構わない。
　本明細書中、蓄冷材粒子の粒径とは、円相当径である。円相当径は、光学顕微鏡画像又は走査電子顕微鏡画像などの画像で観察される図形の面積に相当する真円の直径である。蓄冷材粒子の粒径は、例えば、光学顕微鏡画像又は走査電子顕微鏡画像の画像解析により求めることが可能である。
　蓄冷材粒子１００の投影像の周囲長さをＬとし、投影像の実面積をＡとしたとき、４πＡ／Ｌ２で表される円形度Ｒは、例えば、０．５より大きい。蓄冷材粒子１００の円形度Ｒは、例えば、光学顕微鏡画像又は走査電子顕微鏡画像の画像解析により求めることが可能である。
　蓄冷材粒子１００のアスペクト比は、例えば、１以上５以下である。蓄冷材粒子１００のアスペクト比とは、蓄冷材粒子１００の短径に対する長径の比である。蓄冷材粒子１００のアスペクト比は、例えば、光学顕微鏡画像又は走査電子顕微鏡画像の画像解析により求めることが可能である。
　蓄冷材粒子１００の２５Ｋ以下の温度範囲における体積比熱の最大値は、例えば、０．３８Ｊ／（ｃｍ３・Ｋ）以上である。
　第１の実施形態の蓄冷材粒子１００は、第１の領域１０ａ及び第２の領域１０ｂを含む。第１の実施形態の蓄冷材粒子１００は、例えば、複数の第２の領域１０ｂを含む。
　第１の領域１０ａは、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、及びイッテルビウム（Ｙｂ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第１の元素と、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、ガリウム（Ｇａ）、ビスマス（Ｂｉ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びルテニウム（Ｒｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第２の元素と、を含む。
　第１の元素は、希土類元素である。第２の元素は金属元素とである。第１の領域１０ａは、例えば、希土類元素と金属元素の化合物を含む。第１の領域１０ａは、例えば、希土類元素と金属元素の化合物で構成される。
　第１の領域１０ａに含まれる化合物の化学組成は、例えば、ＲＭｘ（Ｒはイットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、及びイッテルビウム（Ｙｂ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの希土類元素、Ｍはニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、ガリウム（Ｇａ）、ビスマス（Ｂｉ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びルテニウム（Ｒｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属元素、ｘは１以上１３以下）で表すことができる。
　第１の領域１０ａは、例えば、ホルミウム（Ｈｏ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む。第１の領域１０ａは、例えば、ホルミウム（Ｈｏ）とニッケル（Ｎｉ）の化合物を含む。第１の領域１０ａは、例えば、ＨｏＮｉ２又はＨｏＮｉを含む。
　第１の領域１０ａは、例えば、ホルミウム（Ｈｏ）及び銅（Ｃｕ）を含む。第１の領域１０ａは、例えば、ホルミウム（Ｈｏ）と銅（Ｃｕ）の化合物を含む。第１の領域１０ａは、例えば、ＨｏＣｕ２又はＨｏＣｕを含む。
　第１の領域１０ａは、例えば、エルビウム（Ｅｒ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む。第１の領域１０ａは、例えば、エルビウム（Ｅｒ）とニッケル（Ｎｉ）の化合物を含む。第１の領域１０ａは、例えば、Ｅｒ３Ｎｉ又はＥｒＮｉを含む。
　第１の領域１０ａは、例えば、エルビウム（Ｅｒ）及びコバルト（Ｃｏ）を含む。第１の領域１０ａは、例えば、エルビウム（Ｅｒ）とコバルト（Ｃｏ）の化合物を含む。第１の領域１０ａは、例えば、Ｅｒ３Ｃｏを含む。
　第２の領域１０ｂは、第１の領域１０ａと化学組成が異なる。第２の領域１０ｂは、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、及び窒素（Ｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第３の元素を含む。
　第２の領域１０ｂに含まれる第３の元素は、例えば、炭素（Ｃ）及び酸素（Ｏ）である。
　第１の領域１０ａは第３の元素を含むか、又は、含まない。第１の領域１０ａが第３の元素を含む場合、第２の領域１０ｂに含まれる第３の元素の原子濃度は、第１の領域１０ａに含まれる第３の元素の原子濃度よりも高い。第２の領域１０ｂに含まれる第３の元素の原子濃度は、第１の領域１０ａに含まれる第３の元素の原子濃度よりも、例えば、１０原子％以上高い。第２の領域１０ｂに含まれる第３の元素の原子濃度と、第１の領域１０ａに含まれる第３の元素の原子濃度の差は、例えば、１０原子％以上５０原子％以下である。
　第２の領域１０ｂは、例えば、第１の領域１０ａに含まれるのと同じ第１の元素、及び、第１の領域１０ａに含まれるのと同じ第２の元素を含む。例えば、第１の領域１０ａがホルミウム（Ｈｏ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む場合、第２の領域１０ｂもホルミウム（Ｈｏ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む。例えば、第１の領域１０ａがホルミウム（Ｈｏ）及び銅（Ｃｕ）を含む場合、第２の領域１０ｂもホルミウム（Ｈｏ）及び銅（Ｃｕ）を含む。例えば、第１の領域１０ａがエルビウム（Ｅｒ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む場合、第２の領域１０ｂもエルビウム（Ｅｒ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む。例えば、第１の領域１０ａがエルビウム（Ｅｒ）及びコバルト（Ｃｏ）を含む場合、第２の領域１０ｂもエルビウム（Ｅｒ）及びコバルト（Ｃｏ）を含む。
　第１の領域１０ａ又は第２の領域１０ｂに含まれる元素及び元素の原子濃度は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光法（Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－ｒａｙ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＸ）により判定できる。
　蓄冷材粒子１００に含まれる化合物は、粉末Ｘ線回折法（Ｐｏｗｄｅｒ　Ｘ‐ｒａｙ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＰＸＲＤ）により特定できる。
　第１の領域１０ａは、例えば、蓄冷材粒子１００の比熱特性を支配的な影響を与える主相である。また、第２の領域１０ｂは、例えば、蓄冷材粒子１００の副相である。
　第１の領域１０ａは、例えば、蓄冷材粒子１００のマトリックスである。また、第２の領域１０ｂは、例えば、蓄冷材粒子１００の製造時に形成される析出物である。
　図１に示すように、複数の第２の領域１０ｂは、例えば、蓄冷材粒子１００の内部に分散している。第２の領域１０ｂのそれぞれは、例えば、第１の領域１０ａに囲まれる。
　図２に示すように、例えば、第１の領域１０ａは多結晶質である。第１の領域１０ａは複数の結晶粒（ｃｒｙｓｔａｌ　ｇｒａｉｎ）を含む。第２の領域１０ｂは、例えば、第１の領域１０ａの粒界（ｇｒａｉｎ　ｂｏｕｎｄａｒｙ）に存在する。また、第２の領域１０ｂは、例えば、第１の領域１０ａの結晶粒の中に存在する。
　蓄冷材粒子１００の断面において、第２の領域１０ｂの、蓄冷材粒子１００の外縁までの最小距離（図１中のｄ）は、例えば、５μｍ以上である。複数の第２の領域１０ｂの中の少なくとも一つの第２の領域１０ｂの外縁までの最小距離（図１中のｄ）は、例えば、５μｍ以上である。
　第２の領域１０ｂは、例えば、蓄冷材粒子１００の中心部にも存在する。複数の第２の領域１０ｂの中の少なくとも一つの第２の領域１０ｂの外縁までの最小距離（図１中のｄ）は、例えば、蓄冷材粒子１００の粒径の４分の１以上である。
　蓄冷材粒子１００の断面における第２の領域１０ｂの面積割合は、蓄冷材粒子１００の断面における第１の領域１０ａの面積割合より小さい。蓄冷材粒子１００の断面における第２の領域の面積割合は、例えば、０．０１％以上１５％以下である。
　第１の領域１０ａの面積割合及び第２の領域１０ｂの面積割合は、例えば、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）で蓄冷材粒子１００の断面の反射電子像を観察することで判断できる。例えば、反射電子像の中で第１の領域１０ａ又は第２の領域１０ｂと特定される領域の占有面積を、画像処理ソフトウェアを用いて測定する。領域が第１の領域１０ａ又は第２の領域１０ｂであるか否かは、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光法により判定できる。
　第１の領域１０ａが多結晶質である場合、第１の領域１０ａの結晶粒の長径の平均値は、例えば、第２の領域１０ｂの長径の平均値よりも大きい。第１の領域１０ａの結晶粒の長径の平均値は、例えば、第２の領域１０ｂの長径の平均値の５倍以上１００倍以下である。
　第１の領域１０ａの結晶粒の長径及び第２の領域１０ｂの長径は、例えば、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）で蓄冷材粒子１００の断面を観察することで測定できる。
　次に、第１の実施形態の蓄冷材粒子１００の製造方法の一例について説明する。以下、第１の元素がホルミウム（Ｈｏ）、第２の元素がニッケル（Ｎｉ）、第３の元素が炭素（Ｃ）である場合を例に説明する。第１の実施形態の蓄冷材粒子１００は、回転円盤法（ＲＤＰ法）により製造される。
　最初に、ＨｏＮｉ２合金、及び、ニッケルの炭化物であるＮｉ３Ｃを準備する。次に、Ｎｉ３Ｃを添加したＨｏＮｉ２合金を溶融し、溶湯をアルゴン雰囲気中で回転円盤上に滴下して急冷凝固する。溶湯の急冷凝固により、蓄冷材粒子が製造される。
　ＨｏＮｉ２合金にＮｉ３Ｃを添加することで、ＨｏＮｉ２を含む第１の領域１０ａと炭素（Ｃ）を含む第２の領域１０ｂを備えた蓄冷材粒子１００が製造される。
　なお、例えば、酸素（Ｏ）を含む第２の領域１０ｂを備えた蓄冷材粒子１００を製造する場合には、ＨｏＮｉ２合金に、ニッケルの酸化物であるＮｉＯを添加すれば良い。また、ＨｏＮｉ２合金にＮｉ３Ｃ及びＮｉＯを加えることで、第２の領域１０ｂに炭素（Ｃ）及び酸素（Ｏ）を含ませることが可能である。
　また、例えば、窒素（Ｎ）を含む第２の領域１０ｂを備えた蓄冷材粒子１００を製造する場合には、ＨｏＮｉ２合金に、ニッケルの窒化物であるＮｉ３Ｎを添加すれば良い。
　また、ＨｏＮｉを含む第１の領域１０ａを形成する場合には、ＨｏＮｉ２合金に代えてＨｏＮｉ合金を用いれば良い。
　以上の製造方法により、第１の実施形態の蓄冷材粒子１００が製造できる。
　極低温冷凍機は、複数の蓄冷材粒子を充填した蓄冷器を備える。例えば、蓄冷材粒子と、蓄冷器の中を通るヘリウムガスとの間で熱交換を行うことにより、寒冷を発生させる。極低温冷凍機の動作中の蓄冷材粒子の破壊を抑制するために、蓄冷材粒子には高い機械的強度を備えることが要求される。
　第１の実施形態の蓄冷材粒子１００は、第２の領域１０ｂを備えることで、例えば、第２の領域１０ｂを備えない蓄冷材粒子と比較して、高い機械的強度を実現できる。
　図３は、蓄冷材粒子の比熱及び機械的強度を示す図である。横軸は蓄冷材粒子の断面における第２の領域１０ｂの面積割合、左側の縦軸は蓄冷材粒子の体積比熱の最大値、右側の縦軸は蓄冷材粒子の機械的強度を示す。蓄冷材粒子の機械的強度は、第２の領域１０ｂを含まない蓄冷材粒子の機械的強度を基準とする比率で示している。なお、図３中の黒三角の印は比熱、図３中の白丸の印は機械的強度を示す。
　蓄冷材粒子の体積比熱は、例えば、物理特性測定システム（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ：ＰＰＭＳ）を用いて測定可能である。また、蓄冷材粒子の機械的強度は、例えば、微小圧縮試験機を用いて測定可能である。
　図３の蓄冷材粒子の第１の領域１０ａはＨｏＮｉ２で構成され、第２の領域１０ｂは炭素（Ｏ）及び酸素（Ｏ）を含む。図３の蓄冷材粒子は、例えば、１０Ｋ以上１５Ｋ以下の温度範囲で体積比熱の最大値を示す。図３には参考のため、鉛（Ｐｂ）の比熱を破線で示している。
　図３に示すように、蓄冷材粒子の第２の領域１０ｂの面積割合が増加すると蓄冷材粒子の機械的強度が増加する。一方、蓄冷材粒子の第２の領域１０ｂの面積割合が増加すると蓄冷材粒子の比熱は低下する。
　蓄冷材粒子１００の断面における第２の領域１０ｂの面積割合は、０．０１％以上１５％以下であることが好ましく、０．１％以上１％以下であることがより好ましい。上記下限値を充足することで、蓄冷材粒子１００の機械的強度が更に向上する。また、上記上限値を充足することで、蓄冷材粒子１００の比熱の低下を抑制できる。
　例えば、第２の領域１０ｂの面積割合を１５％以下とすることで、蓄冷材である鉛の比熱を上回ることができる。例えば、第２の領域１０ｂの面積割合を１５％以下とすることで、環境への影響が懸念される鉛の蓄冷材を代替することが可能となる。
　蓄冷材粒子１００の機械的強度を増加させる観点から、第２の領域１０ｂに含まれる第３の元素の原子濃度は、第１の領域１０ａに含まれる第３の原子濃度の１０原子％以上であることが好ましく、２０原子％以上であることが更に好ましい。
　蓄冷材粒子１００の断面において、第２の領域１０ｂの、蓄冷材粒子１００の外縁までの最小距離（図１中のｄ）は５μｍ以上であり、３μｍ以上であることがより好ましく、２μｍ以上であることが更に好ましい。外縁部の近くまで第２の領域１０ｂが存在することで、蓄冷材粒子１００の中に全体的に第２の領域１０ｂが存在することになる。そうなることで、さらに蓄冷材粒子１００の機械的強度が向上する。複数の第２の領域１０ｂの中の少なくとも一つの第２の領域１０ｂの外縁までの最小距離（図１中のｄ）は、例えば、５μｍ以上であり、３μｍ以上であることがより好ましく、２μｍ以上であることが更に好ましい。蓄冷材粒子１００の内部に第２の領域１０ｂが存在することで、蓄冷材粒子１００の機械的強度が向上する。蓄冷材粒子１００の機械的強度を向上する観点から、蓄冷材粒子１００の断面において、蓄冷材粒子１００の外縁までの距離が５μｍより大きい第２の領域１０ｂが存在することが好ましく、蓄冷材粒子１００の外縁までの距離が１０μｍ以上の第２の領域１０ｂが存在することがより好ましく、蓄冷材粒子１００の外縁までの距離が２０μｍ以上の第２の領域１０ｂが存在することが更に好ましい。
　蓄冷材粒子１００の２５Ｋ以下の温度範囲における体積比熱の最大値は、０．３Ｊ／（ｃｍ３・Ｋ）以上であることが好ましく、０．３８Ｊ／（ｃｍ３・Ｋ）以上であることがより好ましく、０．４Ｊ／（ｃｍ３・Ｋ）以上であることが更に好ましい。
　蓄冷材粒子の破壊を抑制する観点から、蓄冷材粒子は球状であることが好ましい。言い換えれば、蓄冷材粒子１００の円形度Ｒが大きいことが好ましく、円形度Ｒが１に近いことが好ましい。蓄冷材粒子１００の円形度Ｒは、０．５より大きいことが好ましく、０．７以上であることがより好ましく、０．９以上であることが更に好ましい。
　第１の実施形態の蓄冷材粒子１００を、複数個集め蓄冷材粒子群を構成することができる。例えば、第１の実施形態の蓄冷材粒子１００を個数割合で９０％以上含む蓄冷材粒子群を構成することができる。
　以上、第１の実施形態によれば、高い機械的強度を備えた蓄冷材粒子を提供できる。
（第２の実施形態）
　第２の実施形態の蓄冷材は、第１の領域及び第２の領域と化学組成が異なり、断面における面積割合が第１の領域より小さく、第１の領域と同じ第１の元素及び第２の元素を含む第３の領域を、更に含む点で、第１の実施形態の蓄冷材粒子と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
　図４は、第２の実施形態の蓄冷材粒子の模式断面図である。図５は、第２の実施形態の蓄冷材粒子の拡大模式断面図である。図５は、図４に示される断面の一部の拡大模式断面図である。第２の実施形態の蓄冷材粒子２００は、希土類元素及び金属を含む磁性蓄冷材粒子である。
　第２の実施形態の蓄冷材粒子２００は、第１の領域１０ａ、第２の領域１０ｂ、及び第３の領域１０ｃを含む。第２の実施形態の蓄冷材粒子２００は、例えば、複数の第２の領域１０ｂ、及び、複数の第３の領域１０ｃを含む。
　第３の領域１０ｃは、第１の領域１０ａ及び第２の領域１０ｂと化学組成が異なる。第３の領域１０ｃは、第１の領域１０ａに含まれるのと同じ第１の元素、及び、第１の領域１０ａに含まれるのと同じ第２の元素を含む。
　例えば、第１の領域１０ａが第１の元素と第２の元素を含む第１の化合物を含む場合、第３の領域１０ｃは、同じ第１の元素と同じ第２の元素を含む化合物であって、第１の化合物と異なる化学組成の第２の化合物を含む。例えば、第１の領域１０ａが第１の元素と第２の元素の第１の化合物で構成される場合、第３の領域１０ｃは、同じ第１の元素と同じ第２の元素の化合物であって、第１の化合物と異なる化学組成の第２の化合物で構成される。
　第１の領域１０ａが、例えば、ホルミウム（Ｈｏ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む場合、第３の領域１０ｃもホルミウム（Ｈｏ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む。第１の領域１０ａが、例えば、ホルミウム（Ｈｏ）とニッケル（Ｎｉ）の化合物を含む場合、第３の領域１０ｃもホルミウム（Ｈｏ）とニッケル（Ｎｉ）の化合物を含む。
　例えば、第１の領域１０ａがＨｏＮｉ２を含む場合、第３の領域１０ｃはＨｏＮｉを含む。例えば、第１の領域１０ａがＨｏＮｉ２で構成される場合、第３の領域１０ｃはＨｏＮｉで構成される。
　例えば、第１の領域１０ａがＨｏＮｉを含む場合、第３の領域１０ｃはＨｏＮｉ２を含む。例えば、第１の領域１０ａがＨｏＮｉで構成される場合、第３の領域１０ｃはＨｏＮｉ２で構成される。
　第１の領域１０ａが、例えば、ホルミウム（Ｈｏ）及び銅（Ｃｕ）を含む場合、第３の領域１０ｃもホルミウム（Ｈｏ）及び銅（Ｃｕ）を含む。第１の領域１０ａが、例えば、ホルミウム（Ｈｏ）と銅（Ｃｕ）の化合物を含む場合、第３の領域１０ｃもホルミウム（Ｈｏ）と銅（Ｃｕ）の化合物を含む。
　例えば、第１の領域１０ａがＨｏＣｕ２を含む場合、第３の領域１０ｃはＨｏＣｕを含む。例えば、第１の領域１０ａがＨｏＣｕ２で構成される場合、第３の領域１０ｃはＨｏＣｕで構成される。
　例えば、第１の領域１０ａがＨｏＣｕを含む場合、第３の領域１０ｃはＨｏＣｕ２を含む。例えば、第１の領域１０ａがＨｏＣｕで構成される場合、第３の領域１０ｃはＨｏＣｕ２で構成される。
　第１の領域１０ａが、例えば、エルビウム（Ｅｒ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む場合、第３の領域１０ｃもエルビウム（Ｅｒ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む。第１の領域１０ａが、例えば、エルビウム（Ｅｒ）とニッケル（Ｎｉ）の化合物を含む場合、第３の領域１０ｃもエルビウム（Ｅｒ）とニッケル（Ｎｉ）の化合物を含む。
　例えば、第１の領域１０ａがＥｒ３Ｎｉを含む場合、第３の領域１０ｃはＥｒＮｉを含む。例えば、第１の領域１０ａがＥｒ３Ｎｉで構成される場合、第３の領域１０ｃはＥｒＮｉで構成される。
　例えば、第１の領域１０ａがＥｒＮｉを含む場合、第３の領域１０ｃはＥｒ３Ｎｉを含む。例えば、第１の領域１０ａがＥｒＮｉで構成される場合、第３の領域１０ｃはＥｒ３Ｎｉで構成される。
　第３の領域１０ｃは第３の元素を含むか、又は、含まない。第２の領域１０ｂに含まれる第３の元素の原子濃度は、第３の領域１０ｃに含まれる第３の元素の原子濃度よりも高い。第２の領域１０ｂに含まれる第３の元素の原子濃度は、第３の領域１０ｃに含まれる第３の元素の原子濃度よりも、例えば、１０原子％以上高い。第２の領域１０ｂに含まれる第３の元素の原子濃度と、第３の領域１０ｃに含まれる第３の元素の原子濃度の差は、例えば、１０原子％以上５０原子％以下である。
　第１の領域１０ａは、例えば、蓄冷材粒子１００の比熱特性に支配的な影響を与える主相である。また、第２の領域１０ｂ及び第３の領域１０ｃは、例えば、蓄冷材粒子１００の比熱特性に支配的な影響を与えない副相である。
　第１の領域１０ａは、例えば、蓄冷材粒子１００のマトリックスである。また、第２の領域１０ｂは、例えば、蓄冷材粒子１００の製造時に形成される析出物である。また、第３の領域１０ｃは、例えば、蓄冷材粒子１００の製造時に形成される結晶相である。
　図４に示すように、複数の第２の領域１０ｂ及び複数の第３の領域１０ｃは、例えば、蓄冷材粒子１００の内部に分散している。複数の第２の領域１０ｂのそれぞれ、及び、複数の第３の領域１０ｃのそれぞれは、例えば、第１の領域１０ａに囲まれる。
　図５に示すように、例えば、第１の領域１０ａは多結晶質である。第１の領域１０ａは複数の結晶粒（ｃｒｙｓｔａｌ　ｇｒａｉｎ）を含む。第２の領域１０ｂは、例えば、第１の領域１０ａの粒界（ｇｒａｉｎ　ｂｏｕｎｄａｒｙ）に存在する。また、第２の領域１０ｂは、例えば、第１の領域１０ａの結晶粒の中に存在する。第３の領域１０ｃは、例えば、第１の領域１０ａの粒界（ｇｒａｉｎ　ｂｏｕｎｄａｒｙ）に存在する。また、第３の領域１０ｃは、例えば、第１の領域１０ａの結晶粒の中に存在する。
　蓄冷材粒子１００の断面における第３の領域１０ｃの面積割合は、蓄冷材粒子１００の断面における第１の領域１０ａの面積割合より小さい。蓄冷材粒子１００の断面における第３の領域の面積割合は、例えば、０．０１％以上３０％以下である。
　第１の領域１０ａが多結晶質である場合、第１の領域１０ａの結晶粒の長径の平均値は、例えば、第３の領域１０ｃの結晶粒の長径の平均値よりも大きい。
　以上、第２の実施形態によれば、高い機械的強度を備えた蓄冷材粒子を提供できる。
（第３の実施形態）
　第３の実施形態の蓄冷器は、第１又は第２の実施形態の蓄冷材粒子が複数個、充填された蓄冷器である。第３の実施形態の蓄冷器は、例えば、充填された複数の第１又は第２の実施形態の蓄冷材粒子の、投影像の周囲長さをＬとし、投影像の実面積をＡとしたとき、４πＡ／Ｌ２で表される円形度Ｒが０．５以下の蓄冷材粒子の比率が５％以下である。
　円形度Ｒは、光学顕微鏡を用いて得られる画像中の複数の蓄冷材粒子の形状を画像処理することで、求めることができる。円形度Ｒが０．５以下の蓄冷材粒子は、例えば、表面に凹凸が存在する。
　例えば、表面に凹凸が存在する蓄冷材粒子を、５％を超えて含む複数の蓄冷材粒子が蓄冷器に充填されると、蓄冷器の中の空隙率が不均一となったり、充填性が不安定な状態となったりする。このため、例えば、作動媒質が流入した際、蓄冷器の蓄冷性能が低下する。
　また、例えば、表面に凹凸が存在する蓄冷材粒子を、５％を超えて含む複数の蓄冷材粒子が蓄冷器に充填されると、冷凍機の作動時に蓄冷材粒子にかかる応力によって蓄冷材粒子が破壊する。蓄冷材粒子が破壊すると、微粒子が発生する。発生した微粒子により、例えば、蓄冷器の中の空隙が詰まる。蓄冷器の中の空隙が詰まると、冷凍機の冷凍性能や、長期信頼性が低下する。
　したがって、蓄冷器に充填される円形度Ｒが０．５以下の蓄冷材粒子は、２％以下であることが好ましく、０％であることがより好ましい。
　以上、第３の実施形態によれば、優れた特性を備えた蓄冷材粒子を用いることにより、優れた特性の蓄冷器が実現できる。
（第４の実施形態）
　第４の実施形態の冷凍機は、第１又は第２の実施形態の蓄冷材粒子が複数個、充填された第３の実施形態の蓄冷器を備える冷凍機である。以下、第１の実施形態、第２の実施形態、又は第３の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
　図６は、第４の実施形態の冷凍機の要部構成を示す模式断面図である。図６は、第４の実施形態の冷凍機の一例であるＧＭ冷凍機の要部構成を示す模式断面図である。第４の実施形態の冷凍機の一例であるＧＭ冷凍機は、第１又は第２の実施形態の蓄冷材粒子が複数個充填された、第３の実施形態の蓄冷器を備える。
　第４の実施形態の冷凍機は、超電導機器などの冷却に用いられる２段式の蓄冷型極低温冷凍機３００である。冷凍機は、例えば、スターリング方式の冷凍機、又はパルスチューブ方式などの冷凍機であっても構わない。
　蓄冷型極低温冷凍機３００（冷凍機）は、第１シリンダ１１１、第２シリンダ１１２、真空容器１１３、第１蓄冷器１１４、第２蓄冷器１１５（蓄冷器）、第１シールリング１１６、第２シールリング１１７、第１蓄冷材１１８、第２蓄冷材１１９（蓄冷材粒子）、第１膨張室１２０、第２膨張室１２１、第１冷却ステージ１２２、第２冷却ステージ１２３、及びコンプレッサ１２４を備える。
　蓄冷型極低温冷凍機３００は、大径の第１シリンダ１１１と、第１シリンダ１１１と同軸的に接続された小径の第２シリンダ１１２とが設けられた真空容器１１３を含む。第１シリンダ１１１には第１蓄冷器１１４が往復運動自在に配置されている。第２シリンダ１１２には、蓄冷器の一例である第２蓄冷器１１５が往復運動自在に配置されている。
　第１シリンダ１１１と第１蓄冷器１１４との間には、第１シールリング１１６が配置されている。第２シリンダ１１２と第２蓄冷器１１５との間には、第２シールリング１１７が配置されている。
　第１蓄冷器１１４には、Ｃｕメッシュなどの第１蓄冷材１１８が充填されている。第２蓄冷器１１５には、第１又は第２の実施形態の蓄冷材粒子が、複数個、第２蓄冷材１１９として充填されている。
　第２蓄冷器１１５は、金属メッシュ材で区分けされ、複数の蓄冷材充填層を備えていても良い。第２蓄冷器１１５を複数の充填層に分ける場合、少なくとも一つの充填層に複数個の第１又は第２の実施形態の蓄冷材粒子からなる蓄冷材粒子群を充填する。そして、例えば、希土類酸化物蓄冷材粒子群、希土類酸硫化物蓄冷材粒子群、鉛蓄冷材粒子群、ビスマス蓄冷材粒子群、スズ蓄冷材粒子群、ホルミウムニッケル蓄冷材粒子群、ホルミウム銅蓄冷材粒子群、エルビウムニッケル蓄冷材粒子群、エルビウムコバルト蓄冷材粒子群、及びガドリニウムアルミニウム酸化物蓄冷材粒子群から選ばれる少なくとも１種の蓄冷材粒子群と組み合わせる。
　蓄冷材の組合せは、比熱のピーク温度が高い方を第一の蓄冷材粒子群とし、比熱のピーク温度が低い方を第二の蓄冷材粒子群とし、比熱のピーク温度が順次低くなるように組み合わせていくものとする。
　第１蓄冷器１１４及び第２蓄冷器１１５は、第１蓄冷材１１８や第２蓄冷材１１９の間隙などに設けられた作動媒質の通路をそれぞれ有している。作動媒質は、ヘリウムガスである。
　第１蓄冷器１１４と第２蓄冷器１１５との間には、第１膨張室１２０が設けられている。また、第２蓄冷器１１５と第２シリンダ１１２の先端壁との間には、第２膨張室１２１が設けられている。そして、第１膨張室１２０の底部に第１冷却ステージ１２２が設けられている。また、第２膨張室１２１の底部に第１冷却ステージ１２２より低温の第２冷却ステージ１２３が形成されている。
　上述した２段式の蓄冷型極低温冷凍機３００には、コンプレッサ１２４から高圧の作動媒質が供給される。供給された作動媒質は、第１蓄冷器１１４に充填された第１蓄冷材１１８の間を通過して第１膨張室１２０に到達する。そして、第２蓄冷器１１５に充填された第２蓄冷材１１９間を通過して第２膨張室１２１に到達する。
　この際に、作動媒質は第１蓄冷材１１８及び第２蓄冷材１１９に熱エネルギーを供給して冷却される。第１蓄冷材１１８及び第２蓄冷材１１９の間を通過した作動媒質は、第１膨張室１２０及び第２膨張室１２１で膨張して寒冷を発生させる。そして、第１冷却ステージ１２２及び第２冷却ステージ１２３が冷却される。
　膨張した作動媒質は、第１蓄冷材１１８及び第２蓄冷材１１９の間を反対方向に流れる。作動媒質は第１蓄冷材１１８及び第２蓄冷材１１９から熱エネルギーを受け取った後に排出される。こうした過程で復熱効果が良好になるに従って作動媒質サイクルの熱効率が向上し、より一層低い温度が実現されるように蓄冷型極低温冷凍機３００は構成されている。
　第４の実施形態の蓄冷型極低温冷凍機３００が備える蓄冷器は、第２蓄冷器１１５に第２蓄冷材１１９として、第１又は第２の実施形態の蓄冷材粒子を、複数個、充填する。第２蓄冷材１１９の少なくとも一部が、第１又は第２の実施形態の蓄冷材粒子である。
　第１又は第２の実施形態の複数個の蓄冷材粒子は、蓄冷材粒子のそれぞれの投影像の周囲長をＬとし、上記投影像の実面積をＡとしたとき、４πＡ／Ｌ２で表される円形度Ｒが０．５以下の蓄冷材粒子が５％以下であることが好ましい。
　例えば、第４の実施形態の蓄冷型極低温冷凍機３００を、磁気浮上列車に利用することにより、磁気浮上列車の長期信頼性を向上させることができる。
　以上、第４の実施形態によれば、優れた特性を備えた蓄冷材粒子を用いることにより、優れた特性の冷凍機が実現できる。
（第５の実施形態）
　第５の実施形態のクライオポンプは、第４の実施形態の冷凍機を備える。以下、第４の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
　図７は、第５の実施形態のクライオポンプの概略構成を示す断面図である。第５の実施形態のクライオポンプは、第４の実施形態の蓄冷型極低温冷凍機３００を備えるクライオポンプ５００である。
　クライオポンプ５００は、気体分子を凝縮又は吸着するクライオパネル５０１、クライオパネル５０１を所定の極低温に冷却する蓄冷型極低温冷凍機３００、クライオパネル５０１と蓄冷型極低温冷凍機３００の間に設けられたシールド５０３、吸気口に設けられたバッフル５０４、及び、アルゴン、窒素、水素等の排気速度を変化させるリング５０５を備える。
　第５の実施形態によれば、優れた特性の冷凍機を用いることで優れた特性のクライオポンプが実現できる。
（第６の実施形態）
　第６の実施形態の超電導磁石は、第４の実施形態の冷凍機を備える。以下、第４の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
　図８は、第６の実施形態の超電導磁石の概略構成を示す斜視図である。第６の実施形態の超電導磁石は、第４の実施形態の蓄冷型極低温冷凍機３００を備える磁気浮上列車用超電導磁石６００である。
　磁気浮上列車用超電導磁石６００は、超電導コイル６０１、この超電導コイル６０１を冷却するための液体ヘリウムタンク６０２、液体ヘリウムの揮散を防ぐ液体窒素タンク６０３、積層断熱材６０５、パワーリード６０６、永久電流スイッチ６０７、及び、蓄冷型極低温冷凍機３００を備える。
　第６の実施形態によれば、優れた特性の冷凍機を用いることで優れた特性の超電導磁石が実現できる。
（第７の実施形態）
　第７の実施形態の核磁気共鳴イメージング装置は、第４の実施形態の冷凍機を備える。以下、第４の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
　図９は、第７の実施形態の核磁気共鳴イメージング装置の概略構成を示す断面図である。第７の実施形態の核磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置は、第４の実施形態の蓄冷型極低温冷凍機３００を備える核磁気共鳴イメージング装置７００である。
　核磁気共鳴イメージング装置７００は、人体に対して空間的に均一で時間的に安定な静磁界を印加する超電導静磁界コイル７０１、発生磁界の不均一性を補正する図示を省略した補正コイル、測定領域に磁界勾配を与える傾斜磁界コイル７０２、ラジオ波送受信用プローブ７０３、クライオスタット７０５、及び、放射断熱シールド７０６を備える。そして、超電導静磁界コイル７０１の冷却用として、蓄冷型極低温冷凍機３００が用いられている。
　第７の実施形態によれば、優れた特性の冷凍機を用いることで優れた特性の核磁気共鳴イメージング装置が実現できる。
（第８の実施形態）
　第８の実施形態の核磁気共鳴装置は、第４の実施形態の冷凍機を備える。以下、第４の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
　図１０は、第８の実施形態の核磁気共鳴装置の概略構成を示す断面図である。第８の実施形態の核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置は、第４の実施形態の蓄冷型極低温冷凍機３００を備える核磁気共鳴装置８００である。
　核磁気共鳴装置８００は、サンプル管８０１に入れられた有機物等のサンプルに磁界を印加する超電導静磁界コイル８０２、磁場中のサンプル管８０１にラジオ波を印加する高周波発振器８０３、サンプル管８０１の周りの図示しないコイルに発生する誘導電流を増幅する増幅器８０４を備える。また、超電導静磁界コイル８０２を冷却する蓄冷型極低温冷凍機３００を備える。
　第８の実施形態によれば、優れた特性の冷凍機を用いることで優れた特性の核磁気共鳴装置が実現できる。
（第９の実施形態）
　第９の実施形態の磁界印加式単結晶引上げ装置は、第４の実施形態の冷凍機を備える。以下、第４の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
　図１１は、第９の実施形態の磁界印加式単結晶引上げ装置の概略構成を示す斜視図である。第９の実施形態の磁界印加式単結晶引上げ装置は、第４の実施形態の蓄冷型極低温冷凍機３００を備える磁界印加式単結晶引上げ装置９００である。
　磁界印加式単結晶引上げ装置９００は、原料溶融用るつぼ、ヒータ、単結晶引上げ機構等を有する単結晶引上げ部９０１、原料融液に対して静磁界を印加する超電導コイル９０２、単結晶引上げ部９０１の昇降機構９０３、電流リード９０５、熱シールド板９０６、及び、ヘリウム容器９０７を備える。そして、超電導コイル９０２の冷却用として、蓄冷型極低温冷凍機３００が用いられている。
　第９の実施形態によれば、優れた特性の冷凍機を用いることで優れた特性の磁界印加式単結晶引上げ装置が実現できる。
（第１０の実施形態）
　第１０の実施形態のヘリウム再凝縮装置は、第４の実施形態の冷凍機を備える。以下、第４の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
　図１２は、第１０の実施形態のヘリウム再凝縮装置の概略構成を示す模式図である。第１０の実施形態のヘリウム再凝縮装置は、第４の実施形態の蓄冷型極低温冷凍機３００を備えるヘリウム再凝縮装置１０００である。
　ヘリウム再凝縮装置１０００は、蓄冷型極低温冷凍機３００、蒸発配管１００１、及び液化配管１００２を備える。
　ヘリウム再凝縮装置１０００は、液体ヘリウム装置から蒸発するヘリウムガスを再凝縮して、液体ヘリウムとすることができる。液体ヘリウム装置は、例えば、超電導磁石、核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置、核磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置、物理特性測定システム（ＰＰＭＳ）、又は磁気特性測定システムである。
　図示しない液体ヘリウム装置から、蒸発配管１００１を通ってヘリウムガスがヘリウム再凝縮装置１０００に導入される。ヘリウムガスは、蓄冷型極低温冷凍機３００により、ヘリウムの液化温度以下の４Ｋへ冷却される。凝縮液化した液体ヘリウムが、液化配管１００２を通って、液体ヘリウム装置に戻る。
　第１０の実施形態によれば、優れた特性の冷凍機を用いることで優れた特性のヘリウム再凝縮装置が実現できる。
　以下、実施形態の実施例、比較例、及び、それらの評価結果について説明する。
（実施例１）
　ＨｏＮｉ２合金、及び、ニッケルの炭化物であるＮｉ３Ｃを準備した。次に、Ｎｉ３Ｃを添加したＨｏＮｉ２合金を約１５００℃で溶融した。次に溶湯を、約１０１ｋＰａの圧力のアルゴン雰囲気で回転円盤上に滴下して急冷凝固させ、実施例１の蓄冷材粒子を製造した。
　実施例１の蓄冷材粒子において、第１の元素はホルミウム（Ｈｏ）、第２の元素はニッケル（Ｎｉ）、第３の元素は炭素（Ｃ）である。
　製造した蓄冷材粒子について、蓄冷材粒子の断面の走査電子顕微鏡の反射電子像を観察した。化学組成の異なる第１の領域と第２の領域が観察された。第２の領域は蓄冷材粒子の内部に分散されていた。第２の領域の蓄冷材粒子の外縁までの最小距離は５μｍ以上であった。
　第１の領域及び第２の領域に含まれる元素及び元素濃度をエネルギー分散型Ｘ線分光法により測定した。
　走査電子顕微鏡の反射電子像から、第１の領域及び第２の領域の面積割合を測定した。面積割合は、画像処理ソフトウェアＩｍａｇｅＪを用いて測定した。
　製造した蓄冷材粒子を、粉末Ｘ線回折法で測定し、第１の領域の結晶相を同定した。
　製造した蓄冷材粒子について、機械的強度を測定した。機械的強度は、微小圧縮試験機を用いて測定した。
　製造した蓄冷材粒子について、２５Ｋ以下での体積比熱の最大値を測定した。測定は物理特性測定システム（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ：ＰＰＭＳ）を用いて行った。
　上記測定の結果を表１に示す。表１では、第１の領域の化学組成の欄は、存在が確認された結晶相の化学組成を表示している。また、表１では、第２の領域の化学組成は、存在が確認された元素を表示している。
　また、表１には、第１の領域と第２の領域の、第３の元素の原子濃度差を表示している。第３の元素の原子濃度差として、第２の領域の第３の元素の原子濃度から第１の領域の第３の元素の原子濃度を差し引いた値を示している。
　また、表１において、機械的強度の比率は、第１の領域が同一の化学組成で、第３の領域を含まない蓄冷材粒子の機械的強度を基準としている。
（実施例２～６）
　ＨｏＮｉ２合金に添加するＮｉ３Ｃの量を変化させた以外は、実施例１と同様の方法で蓄冷材粒子を製造した。実施例１と同様の測定を行った。結果を表１に示す。
（実施例７）
　ＨｏＮｉ２合金に、Ｎｉ３Ｃに代えて、ニッケルの酸化物であるＮｉＯを添加した以外は、実施例１と同様の方法で蓄冷材粒子を製造した。実施例１と同様の測定を行った。結果を表１に示す。
（実施例８）
　ＨｏＮｉ２合金に、Ｎｉ３Ｃ及びＮｉＯを添加した以外は、実施例１と同様の方法で蓄冷材粒子を製造した。実施例１と同様の測定を行った。結果を表１に示す。
（実施例９）
　ＨｏＮｉ２合金に、Ｎｉ３Ｃに代えて、ニッケルの窒化物であるＮｉ３Ｎを添加した以外は、実施例１と同様の方法で蓄冷材粒子を製造した。実施例１と同様の測定を行った。結果を表１に示す。
（実施例１０）
　ＨｏＮｉ２合金に代えて、ＨｏＮｉ合金を用いた以外は、実施例１と同様の方法で蓄冷材粒子を製造した。実施例１と同様の測定を行った。結果を表１に示す。
（実施例１１）
　ＨｏＮｉ２合金にＨｏＮｉ合金を添加した以外は、実施例１と同様の方法で蓄冷材粒子を製造した。実施例１と同様の測定を行った。結果を表１に示す。
（実施例１２）
　ＨｏＮｉ２合金に代えて、ＨｏＣｕ２合金を用いた以外は、実施例１と同様の方法で蓄冷材粒子を製造した。実施例１と同様の測定を行った。結果を表１に示す。
（実施例１３）
　ＨｏＮｉ２合金に代えて、Ｅｒ３Ｎｉ合金を用いた以外は、実施例１と同様の方法で蓄冷材粒子を製造した。実施例１と同様の測定を行った。結果を表１に示す。
（比較例１）
　ＨｏＮｉ２合金にＮｉ３Ｃを添加しない以外は、実施例１と同様の方法で蓄冷材粒子を製造した。実施例１と同様の測定を行った。結果を表１に示す。
（比較例２）
　Ｈｏ２Ｎｉ合金にＮｉ３Ｃを添加しない以外は、実施例１０と同様の方法で蓄冷材粒子を製造した。実施例１と同様の測定を行った。結果を表１に示す。
（比較例３）
　ＨｏＣｕ２合金にＮｉ３Ｃを添加しない以外は、実施例１２と同様の方法で蓄冷材粒子を製造した。実施例１と同様の測定を行った。結果を表１に示す。
（比較例３）
　Ｅｒ３Ｎｉ合金にＮｉ３Ｃを添加しない以外は、実施例１３と同様の方法で蓄冷材粒子を製造した。実施例１と同様の測定を行った。結果を表１に示す。

 

 
　表１から明らかなように、ＨｏＮｉ２蓄冷材粒子は、第２の領域を備えることで、第２の領域を備えない場合と比較して、機械的強度が向上する。実施例３と比較例１から、第２の領域の面積割合が０．０１％以上であると強度が向上することが分かる。実施例３と比較例４から、第２の領域の面積割合が０．１％以上であると強度がさらに向上することが分かる。これは、第２の領域は第１の領域に比べて第３の元素の原子を１０原子％以上含むことで、粒自体の強度が向上するためと考えられる。
　また、実施例１、５および６から、第２の領域の面積割合が１％を超えると比熱が低下し、１５％を超えると比熱がさらに低下する。以上より、第２の領域の面積割合が０．０１％以上１５％以下であることが好ましく、０．１％以上１％以下であることがより好ましいことが分かる。第２の領域が存在することで強度が向上するが、第２の領域は比熱に寄与しないため、その量が増えると比熱が低下すると考えられる。
　また、実施例１から６と比較例１から、第２の領域の面積割合を増やすことで、第２の領域と蓄冷材粒子の外縁までの最小距離を短くすることができる。その距離は短くなるほど強度が増すが、２μｍより短いと第２の領域の面積割合が増えすぎ、比熱は鉛より小さくなることが分かる。
　実施例１０、１２、１３と比較例２、３、４からＨｏＮｉ２以外にも、ＨｏＮｉ、ＨｏＣｕ２、Ｅｒ３Ｎｉなどの蓄冷材も、蓄冷材粒子の外縁までの最小距離が５μｍ以上の第２の領域を含むことで、強度が向上している。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　以下、本発明の技術案を記載する。以下の技術案は本発明の範囲に含まれる。
（技術案１）
　イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、及びイッテルビウム（Ｙｂ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第１の元素と、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、ガリウム（Ｇａ）、ビスマス（Ｂｉ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びルテニウム（Ｒｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第２の元素と、を含む第１の領域と、
　前記第１の領域と化学組成が異なり、断面における面積割合が前記第１の領域より小さく、前記断面における粒子の外縁までの最小距離が５μｍ以上であり、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、及び窒素（Ｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第３の元素を含む第２の領域と、を備える、蓄冷材粒子。
（技術案２）
　前記第２の領域は、前記少なくとも一つの第１の元素及び前記少なくとも一つの第２の元素を含む、技術案１記載の蓄冷材粒子。
（技術案３）
　前記第１の領域は前記少なくとも一つの第３の元素を含むか、又は、含まず、
　前記第２の領域に含まれる前記少なくとも一つの第３の元素の原子濃度は、前記第１の領域に含まれる前記少なくとも一つの第３の元素の原子濃度よりも高い、技術案１又は技術案２記載の蓄冷材粒子。
（技術案４）
　前記第２の領域に含まれる前記少なくとも一つの第３の元素の原子濃度は、前記第１の領域に含まれる前記少なくとも一つの第３の元素の原子濃度よりも１０原子％以上高い、技術案３記載の蓄冷材粒子。
（技術案５）
　前記断面における前記第２の領域の面積割合は、０．０１％以上１５％以下である、技術案１ないし技術案４いずれかに記載の蓄冷材粒子。
（技術案６）
　前記少なくとも一つの第３の元素は、炭素（Ｏ）及び酸素（Ｏ）である、技術案１ないし技術案５いずれかに記載の蓄冷材粒子。
（技術案７）
　前記第１の領域及び前記第２の領域と化学組成が異なり、前記断面における面積割合が前記第１の領域より小さく、前記少なくとも一つの第１の元素及び前記少なくとも一つの第２の元素を含む第３の領域を、更に備える、技術案１ないし技術案６いずれかに記載の蓄冷材粒子。
（技術案８）
　前記第１の領域は多結晶質であり、前記第１の領域の結晶粒の長径の平均値は、前記第２の領域の長径の平均値よりも大きい、技術案１ないし技術案７いずれかに記載の蓄冷材粒子。
（技術案９）
　粒径が５０μｍ以上３ｍｍ以下である、技術案１ないし技術案８いずれかに記載の蓄冷材粒子。
（技術案１０）
　２５Ｋ以下の温度範囲における体積比熱の最大値が０．３Ｊ／（ｃｍ３・Ｋ）以上である、技術案１ないし技術案９いずれかに記載の蓄冷材粒子。
（技術案１１）
　前記少なくとも一つの第１の元素はホルミウム（Ｈｏ）であり、前記少なくとも一つの第２の元素はニッケル（Ｎｉ）である、技術案１ないし技術案１０いずれかに記載の蓄冷材粒子。
（技術案１２）
　技術案１ないし技術案１１いずれかに記載の蓄冷材粒子を９０％以上含む、蓄冷材粒子群。    
（技術案１３）
　技術案１ないし技術案１１いずれかに記載の蓄冷材粒子が複数個、充填された、蓄冷器。
（技術案１４）
　技術案１３記載の蓄冷器を備えた、冷凍機。
（技術案１５）
　技術案１４記載の冷凍機を備えた、クライオポンプ。
（技術案１６）
　技術案１４記載の冷凍機を備えた、超電導磁石。
（技術案１７）
　技術案１４記載の冷凍機を備えた、核磁気共鳴イメージング装置。
（技術案１８）
　技術案１４記載の冷凍機を備えた、核磁気共鳴装置。
（技術案１９）
　技術案１４記載の冷凍機を備えた、磁界印加式単結晶引上げ装置。
（技術案２０）
　技術案１４記載の冷凍機を備えた、ヘリウム再凝縮装置。
１０ａ　　第１の領域
１０ｂ　　第２の領域
１０ｃ　　第３の領域
１００　　蓄冷材粒子
１１５　　第２蓄冷器（蓄冷器）
２００　　蓄冷材粒子
３００　　蓄冷型極低温冷凍機（冷凍機）
５００　　クライオポンプ
６００　　超電導磁石
７００　　核磁気共鳴イメージング装置
８００　　核磁気共鳴装置
９００　　磁界印加式単結晶引上げ装置
１０００　ヘリウム再凝縮装置

Claims (20)

  1. 　イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、及びイッテルビウム（Ｙｂ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第１の元素と、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、ガリウム（Ｇａ）、ビスマス（Ｂｉ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びルテニウム（Ｒｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第２の元素と、を含む第１の領域と、
    　前記第１の領域と化学組成が異なり、断面における面積割合が前記第１の領域より小さく、前記断面における粒子の外縁までの最小距離が５μｍ以上であり、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、及び窒素（Ｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第３の元素を含む第２の領域と、を備える、蓄冷材粒子。
  2. 　前記第２の領域は、前記少なくとも一つの第１の元素及び前記少なくとも一つの第２の元素を含む、請求項１記載の蓄冷材粒子。
  3. 　前記第１の領域は前記少なくとも一つの第３の元素を含むか、又は、含まず、
    　前記第２の領域に含まれる前記少なくとも一つの第３の元素の原子濃度は、前記第１の領域に含まれる前記少なくとも一つの第３の元素の原子濃度よりも高い、請求項１記載の蓄冷材粒子。
  4. 　前記第２の領域に含まれる前記少なくとも一つの第３の元素の原子濃度は、前記第１の領域に含まれる前記少なくとも一つの第３の元素の原子濃度よりも１０原子％以上高い、請求項３記載の蓄冷材粒子。
  5. 　前記断面における前記第２の領域の面積割合は、０．０１％以上１５％以下である、請求項１記載の蓄冷材粒子。
  6. 　前記少なくとも一つの第３の元素は、炭素（Ｏ）及び酸素（Ｏ）である、請求項１記載の蓄冷材粒子。
  7. 　前記第１の領域及び前記第２の領域と化学組成が異なり、前記断面における面積割合が前記第１の領域より小さく、前記少なくとも一つの第１の元素及び前記少なくとも一つの第２の元素を含む第３の領域を、更に備える、請求項１記載の蓄冷材粒子。
  8. 　前記第１の領域は多結晶質であり、前記第１の領域の結晶粒の長径の平均値は、前記第２の領域の長径の平均値よりも大きい、請求項１記載の蓄冷材粒子。
  9. 　粒径が５０μｍ以上３ｍｍ以下である、請求項１記載の蓄冷材粒子。
  10. 　２５Ｋ以下の温度範囲における体積比熱の最大値が０．３Ｊ／（ｃｍ３・Ｋ）以上である、請求項１記載の蓄冷材粒子。
  11. 　前記少なくとも一つの第１の元素はホルミウム（Ｈｏ）であり、前記少なくとも一つの第２の元素はニッケル（Ｎｉ）である、請求項１記載の蓄冷材粒子。
  12. 　請求項１記載の蓄冷材粒子を９０％以上含む、蓄冷材粒子群。      
  13. 　請求項１記載の蓄冷材粒子が複数個、充填された、蓄冷器。
  14. 　請求項１３記載の蓄冷器を備えた、冷凍機。
  15. 　請求項１４記載の冷凍機を備えた、クライオポンプ。
  16. 　請求項１４記載の冷凍機を備えた、超電導磁石。
  17. 　請求項１４記載の冷凍機を備えた、核磁気共鳴イメージング装置。
  18. 　請求項１４記載の冷凍機を備えた、核磁気共鳴装置。
  19. 　請求項１４記載の冷凍機を備えた、磁界印加式単結晶引上げ装置。
  20. 　請求項１４記載の冷凍機を備えた、ヘリウム再凝縮装置。
     
     
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06240241A (ja) * 1993-02-12 1994-08-30 Toshiba Corp 極低温用蓄冷材およびそれを用いた極低温用蓄冷器
JPH09324957A (ja) * 1997-02-10 1997-12-16 Toshiba Corp 蓄冷材料及び蓄冷器
JP2004123884A (ja) * 2002-10-02 2004-04-22 Konoshima Chemical Co Ltd 希土類オキシ硫化物セラミックス蓄冷材とその製造方法、及びこの蓄冷材を用いた極低温蓄冷器
JP2005075963A (ja) * 2003-09-02 2005-03-24 Sumitomo Heavy Ind Ltd 極低温蓄冷材、蓄冷器及び冷凍機
WO2018199278A1 (ja) * 2017-04-28 2018-11-01 株式会社三徳 ＨｏＣｕ系蓄冷材並びにこれを備えた蓄冷器及び冷凍機
JP2020152769A (ja) * 2019-03-18 2020-09-24 株式会社東芝 蓄冷材粒子、蓄冷器、冷凍機、超電導磁石、核磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、クライオポンプ、及び、磁界印加式単結晶引上げ装置
WO2022039150A1 (ja) * 2020-08-18 2022-02-24 株式会社 東芝 蓄冷材粒子、蓄冷器、冷凍機、クライオポンプ、超電導磁石、核磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、磁界印加式単結晶引上げ装置、及び、蓄冷材粒子の製造方法
WO2022224783A1 (ja) * 2021-04-20 2022-10-27 株式会社 東芝 磁性蓄冷材粒子、蓄冷器、冷凍機、クライオポンプ、超電導磁石、核磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、磁界印加式単結晶引上げ装置、及び、ヘリウム再凝縮装置
WO2023145730A1 (ja) * 2022-01-28 2023-08-03 株式会社 東芝 蓄冷材、蓄冷材粒子、造粒粒子、蓄冷器、冷凍機、クライオポンプ、超電導磁石、核磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、磁界印加式単結晶引上げ装置、ヘリウム再凝縮装置、及び、希釈冷凍機

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06240241A (ja) * 1993-02-12 1994-08-30 Toshiba Corp 極低温用蓄冷材およびそれを用いた極低温用蓄冷器
JPH09324957A (ja) * 1997-02-10 1997-12-16 Toshiba Corp 蓄冷材料及び蓄冷器
JP2004123884A (ja) * 2002-10-02 2004-04-22 Konoshima Chemical Co Ltd 希土類オキシ硫化物セラミックス蓄冷材とその製造方法、及びこの蓄冷材を用いた極低温蓄冷器
JP2005075963A (ja) * 2003-09-02 2005-03-24 Sumitomo Heavy Ind Ltd 極低温蓄冷材、蓄冷器及び冷凍機
WO2018199278A1 (ja) * 2017-04-28 2018-11-01 株式会社三徳 ＨｏＣｕ系蓄冷材並びにこれを備えた蓄冷器及び冷凍機
JP2020152769A (ja) * 2019-03-18 2020-09-24 株式会社東芝 蓄冷材粒子、蓄冷器、冷凍機、超電導磁石、核磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、クライオポンプ、及び、磁界印加式単結晶引上げ装置
WO2022039150A1 (ja) * 2020-08-18 2022-02-24 株式会社 東芝 蓄冷材粒子、蓄冷器、冷凍機、クライオポンプ、超電導磁石、核磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、磁界印加式単結晶引上げ装置、及び、蓄冷材粒子の製造方法
WO2022224783A1 (ja) * 2021-04-20 2022-10-27 株式会社 東芝 磁性蓄冷材粒子、蓄冷器、冷凍機、クライオポンプ、超電導磁石、核磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、磁界印加式単結晶引上げ装置、及び、ヘリウム再凝縮装置
WO2023145730A1 (ja) * 2022-01-28 2023-08-03 株式会社 東芝 蓄冷材、蓄冷材粒子、造粒粒子、蓄冷器、冷凍機、クライオポンプ、超電導磁石、核磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、磁界印加式単結晶引上げ装置、ヘリウム再凝縮装置、及び、希釈冷凍機

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