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    公开号:WO1992006576A1
    申请号:PCT/JP1991/001279
    申请日:1991-09-26
    公开日:1992-04-16
    发明作者:Hironori Matsuba；Daiichi Irisawa；Akihito Yahara
    申请人:Furukawa Denki Kogyo Kabushiki Kaisha；
    IPC主号:H05K9-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 磁気シールド構造
    [0003] 技術分野
    [0004] 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、 或いは短い超電導円筒でも所定円筒内空間 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
    [0005] 超電導体を利用した磁気シールド構造とは、 マイスナー効果を利用する磁気シ —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一 ルド体とし、 これを臨界温度 T c 以下に冷却して、 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、 5玆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。
    [0006] 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 る。
    [0007] このような超電導体を利用した磁気シールド構造のうち、 例えば円筒状のシ一 ルド体の磁気遮蔽効率は、 円筒の中心軸に平行な磁場 （縦磁場） に対する遮蔽効 率は良いが、 中心軸に垂直な磁場 （横磁場） に対する遮蔽効率は良くないため、 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つた。 一方、 高透磁率材による例えば円筒状のシールド体では、 横磁場に比べ縦磁場 に対する遮蔽効率が良くなく、 またその有限な透磁率のために 1層では遮蔽効率 が高くないので、 高い遮蔽効率を得るために円筒を数層重ね、 外層を内層より: くする構造をとらなければならなかった。 その結果、 高透磁率材でも、 より外側 の円筒ほど長さが長くなり、 また使用可能な容積が大きければさらに径方向、 軸 方向共に長くなるため、 コストが高くなるという問題点もあつた。 発明の開示
    [0008] 太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、 超電導 体製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 の提供を目的とする。
    [0009] 本発明によれば、 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一 ルド構造によって解決される。
    [0010] 即ち、 本発明による磁気シールド構造では、 マイスナー効果を発現する材料か らなる筒状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、 高透磁率部材に磁気誘導が生じて侵入磁界が高透磁率部材に吸収 され、 磁気的に短絡するように、 マイスナー効果を発現する超電導材料からなる 筒状の磁気シ一ルド体と、 該筒状の磁気シールド体の長手方向に沿つた開口を有 する高透磁率材製筒状体とを種々組合わせて配設するものである。
    [0011] 図 2 0に超電導体製円筒に横磁場を印加したときの超電導体製円筒内部の侵入 磁気べクトルの模式図を示す。 このように分布する内部侵入磁界を高透磁率部材 の磁気誘導という性質を利用して、 磁気的に短絡させ、 超電導体製円筒内部への 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 目標とする低磁場空間に影響を及ぼさない位置に配置する必要がある。
    [0012] 例えば、 図 1は本発明の一般的な実施例の構成を示す説明図である。 図では、 酸化物超電導体で構成された円筒状磁気シールド体（1) の端部を表している。 こ の磁気シールド体（1) の長さは断面差し渡し長さの 2倍から 20倍程度が普通必要 とされる。 尚、 シールド空間の大きさや磁場の小ささによってこの範囲は変え得 ることは言うまでもない。 更に、 磁場侵入防止のために大径の強磁性体製円筒 (2) と、 小径の強磁性体製円筒 (3) の各々を円筒状磁気シールド体 (1) の開口部 に同心円状に配置した断面を示す。 また、 図には磁気シールド体（1) と大径の強 磁性体製円筒 (2) 間の空間 及び距離 ， 大径の強磁性体製円筒 (2) と小径 の強磁性体製円筒 (3) 間の空間 G 2 及び距離 d2 ， 小径の強磁性体製円筒 (3) 内 部空間 G3 及び中心までの距離 d3,示す。 尚、 （4) は目的とする低磁場空間に置 かれたセンサーである。
    [0013] さて、 超電導体製円筒单独では開口部からの磁場侵入は次の式 （ I ) (Π) に したがう。
    [0014] H t =10" t'-z/R1 ··· ( I ) Kf=0.79
    [0015] H a =10-Ka'*z/R1 ··· (II) Ka' = 1.66
    [0016] ここで式 （ I ) は外部磁場が円筒軸と直角方向に印加された場合の磁場 （横磁 場） の強さ H tで、 式 （II) は外部磁場が円筒軸と平行方向に印加された場合の 磁場 （縦磁場） の強さ H aである。 但し、 R 1は超電導体製円筒の半径、 Zは開 口部からの距離である。 以上の式から磁場侵入は外部磁場から円筒軸と直角方向 に印加された場合に大きく、 例えば磁場侵入量を 10—8まで小さくしょうとすると 半径の 10倍程度内部に入る必要がある。 言い換えれば円筒の長さは半径の 10倍を 必要とする。
    [0017] 本発明の好ましい一態様による磁気シールド構造では、 高透磁率材製筒状体 を、 超電導体製円筒中心部から端部方向に亙って配設したもの、 端部近傍に配設 したもの、 複数の高透磁率材製筒状体を端部近傍に長手方向に積層したもの、 複 数の高透磁率材製筒状体を径方向に積層したもの等がある。 特に、 複数の高透磁 率材製筒状体を径方向及び Z又は長手方向に間隔を開けて多重及び Z又は多層に 配設したものでは、 高透磁率材製筒状体を单独で用いる場合よりも筒状の超電導 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。
    [0018] 尚、 高透磁率材製筒状体の形状は、 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、 高透磁率材製筒状体に磁気誘導が生じ、 侵入磁界が高透磁率材に 吸収され磁気的に短絡する形状のものであれぱ、 如何なる形状のものでも使用可 能である。 具体的にほ、 構成部材の肉厚よりも大きな筒長を有する両端開放型又 は片端開放型の筒体であり、 筒体の断面形状ほ円を始め、 楕円、 多角形等を取り 得る。 また、 長手方向に沿って内径が縮径するテ一パ形状のもの、 内部及び外部 に凹凸が形成され内外部の断面形状が異なるもの、 端部の開口に比べて内部開口 が広がったもの、 筒体が蛇腹になったもの、 L字型， T字型， H字型， +字型， U字型形状のもの、 更にそれらの組合わせをも含む。
    [0019] また、 超電導材料からなる筒状のシールド体内径に対する高透磁率材製筒状体 の外径の割合は、 後述する実施例で示した通り、 单独で用いる場合には、 超電導 体材料からなる筒状のシールド体の内径の 1 Z5以上の外径を有する高透磁率材 製筒状体を超電導体製円筒内部に配置すると超電導体製円筒単体よりも良い遮蔽 効果が得られる。
    [0020] 更に詳しく付言するならば、 本発明は筒状のシールド体の長さを短くするた め、 超電導体と強磁性体との隙間に侵入する磁場の減衰量を計算する手法を解明 し、 この結果にもとずき本発明に至ったものである。
    [0021] 図 2は種々の超電導体と強磁性体との隙間に侵入する磁場の減衰量の計算結果 を示す線図である。 図中、 縦軸は e x p (- z/d ) の K値、 又は 1 0—K'z/d の ' 値を示し、 横軸は、 外側円筒体の直径を 1 とする内側円筒体の相対直径 D、 又は内側及び外側円筒体間の間隙 gを示している。 また、 MSt は内側円筒状 強磁性体 (M) 外側円筒状超電導体 (S) の円筒軸と直角方向外部磁場 (t) による両 円筒体隙間内の磁場減衰定数、 SMa は内側円筒体超電導体 (S) 外側円筒状強磁性 体 (M) の円筒軸方向外部磁場 (a) による両円筒体隙間内の磁場減衰定数を示す。 さて、 図 1に於いて G 1は強磁性体—超電導体で構成される隙間である。 図 2 からその隙間の磁場の減衰は d 1 <0.5 R 1の時おおよそ
    [0022] H t =10 - Kt'2/dl t'=0.65
    [0023] H a =io-Ka'z/di Ka'=0.62
    [0024] で与えられる。
    [0025] また、 G 2の隙間の磁場の減衰は d 2く 0.5 R 2の時おおよそ
    [0026] Kt' = a' =1.36 また、 G 3の隙間の磁場の減衰はおおよそ
    [0027] H t =io-Kt'z/R3 t*=3.8
    [0028] H a =io-Ka'z/R3 Ka'=2.4
    [0029] が求められる。 この 3つの隙間に侵入する磁場が、 その出口即ち Z = Lに於いて 等しくなるように強磁性体製円筒の径を設計するのが侵入磁場を最小にするうえ で最適となる。 従って
    [0030] 0.62/dl =1.36/d2 =2.4/R3
    [0031] の関係が得られる。 これより
    [0032] R2 = 0.860R1
    [0033] R3 = 0.548R1
    [0034] が得られ長さ Lでの出口磁場は
    [0035] 2Q-2. L/R3 _ Q-4. 38L/R 1 となり、 これがない超電導体製円筒のみの場合の に対して著しく改善される。 これらの式の比較から円筒体の長さが 1/5.54で同一 磁場減衰量が得られることがわかる。
    [0036] ここでは強磁性体製円筒を 2組用いたがその数を n個用いた場合、 各々の半 径、 隙間は次の式で表される。
    [0037] 0.62
    [0038] dl=- Rl
    [0039] (1.66+1.36η)
    [0040] 1.36
    [0041] dF Rl
    [0042] (1.66+1.36n)
    [0043] また、 この時の磁場減衰の式は
    [0044] H =IQ~ (1. 66 + 1. 36η) 1ノ R 1
    [0045] で表される。
    [0046] nを増やせば磁場減衰量は大きく出来るが隙間が小さくなるので限度が生ず る。 特に超電導体と磁性体との隙間は超電導体が冷却を必要とするので隙間に限 度が生ずる。
    [0047] また、 一般に無限長の单一高透磁率円筒に均一な横磁場 H。 を加えた時の内部 磁場 H i は、
    [0048] '？. τ t
    [0049] H i = H o … ( III ) μ ：透磁率， t ：肉厚， r ：半径
    [0050] β
    [0051] で表わされ、 磁場減衰量は有限の値に止まる。 強磁性体は微弱磁場ではその透磁 率が著しく減少し磁場減衰量に限界が生ずる。 10-5 程度の減衰が実用的限度であ る。 これらの点を考慮して ηの値が決められる。
    [0052] 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材料からな る筒状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 に対して、 高透磁率材製筒状体に磁気誘導が生じ、 その結果、 侵入磁界が高透磁 率材に吸収され磁気的に短絡し、 筒状の超電導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。
    [0053] 具体的には、 高透磁率ネ才製筒状体を、 超電導体製筒内部に配設したもの、 端部 近傍に配設したもの、 複数の高透磁率材製筒状体を端部近傍に長手方向に積層し たもの、 複数の高透磁率材製筒状体を径方向に積層したもの等がある。 特に、 複 数の高透磁率材製筒状体を径方向及び Ζ又は長手方向に間隔を開けて多重及び 又は多層に配設したものでは、 高透磁率材製筒状体を单独で用いる場合よりも筒 状の超電導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。 以上 述べた形状 .配設を取ることにより、 各種円筒体单独では得られない遮蔽効果が 得られ、 また使用可能な低磁場空間が増加し、 或いは目的とする磁場遮蔽空間、 或いは低磁場空間を得るために要する筒状超電導シールド体の長さが短くて済む のでコストを軽減できる。
    [0054] 本発明の上述及びそれ以外の特徴と利点は、 以下の添付図面を参照して説明す る限定を意図しない実施例から一層明らかとなろう。 図面の簡単な説明 図 1は本発明の一般的な実施例の構成を示す説明図、
    [0055] 図 2に種々の超電導体と強磁性体との隙間に侵入する磁場の減衰量の計算結果 を示す線図、
    [0056] 図 3は外径 Dの大きさを変更する高透磁率材製円筒を配設した断面図、 図 4は高透磁率材製円筒の外径 Dを変えた時の超電導体製円筒軸上の内部磁界 分布 H iを示す線図、
    [0057] 図 5は高透磁率材製円筒の外径 Dと遮蔽効果 Eとの関係を表した線図、 図 6は片端開放型の超電導体製円筒に高透磁率材製円筒を配設した断面図、 図 7は両端開放型の超電導体製円筒にテーパ形状の高透磁率材製円筒を配設し た断面図、
    [0058] 図 8は長さ 2 Pを変更する高透磁率材製円筒を配設した断面図、
    [0059] 図 9は高透磁率材製円筒の長さ 2 Pを変えた時の超電導体製円筒軸上の内部磁 界分布を示す線図、
    [0060] 図 1 0は高透磁率材製円筒の長さ 2 Pと内部磁界との関係を示す線図、 図 1 1は長さ Lを変更する高透磁率材製円筒を配設した断面図、
    [0061] 図 1 2は高透磁率材製円筒の長さ Lと遮蔽効果との関係を表した線図、 図 1 3は 2つの高透磁率材製円筒を超電導体製円筒の長手方向に積層配設した 断面図、
    [0062] 図 1 4は 2つの高透磁率材製円筒を長手方向に積層配設した際の超電導体製円 筒軸上の内部磁界分布を示す線図、
    [0063] 図 1 5は 2つの高透磁率材製円筒を超電導体製円筒の径方向に重層配設した断 面図、
    [0064] 図 1 6は 2つの高透磁率材製円筒を径方向に重層配設した際の超電導体製円筒 軸上の内部磁界分布を示す線図、
    [0065] 図 1 7 A , B , Cは複数の高透磁率材製円筒を径方向及び長手方向に多重及び 多層に配設した断面図であり、 図 1 7 Aは 2つの長い高透磁率材製円筒を径方向 に重層配設した断面図、 図 1 7 B図 2つ高透磁率材製円筒を径方向に重層配設し たちのを 3組長手方向に積層配設した断面図、 図 1 7 Cは径の小さい高透磁率材 製円筒と径の大きな高透磁率材製円筒とを交互に積層配設した断面図、 図 1 8ほ図 1 7 A , B , C各々の高透磁率材製円筒を配設した際の超電導体製 円筒軸上の内部磁界分布を示す線図、
    [0066] 図 1 9は本発明の別の実施例の構成即ち高透磁率材製円筒状体を超電導円筒端 部近傍（即ち、 内部及び外部に） に設置したものを示す説明図、
    [0067] 図 2 0は超電導円筒に横磁場を加えた時の磁場分布を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0068] (実施例 1 ：外径の効果）
    [0069] 図 3は外径 Dの大きさを変更する高透磁率材製円筒を配設した断面図であり、 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） （SC)の中心から 80mmの位置にそれぞれ 1つの高透磁率材 製円筒（FM)を配設した。 前者のサイズほ内径 100匪、 長さ 240mm、 肉厚 5 minであ る。 後者は長さ 10隱、 肉厚 0.2籠、 透磁率 10000で、 外径 D關を変えている。 超電導体製円筒 (SC)に対して均一な横磁場 1 [ G ] をかけて円筒軸上の磁界分 布を測定した。 図 4は高透磁率材製円筒 (FM)の外径 D匪を変えた時の超電導体製 円筒 (SC)軸上の内部磁界分布 (Hi (Z) ) (以下、 全ての実施例で Zは超電導体製円 筒（SC)の開放端からの距離を示す） を示す線図である。 図 4において、 縦軸は内 部磁界 (Hi)、 横軸ほ超電導体製円筒 (SC)の開放端からの距離 Zを示し、 S Cは高 透磁率材製円筒 (FM)を使用しない超電導体製円筒 (SC)单体の場合の内部磁界分布 Hsc (Z)、 口は外径 = 20nun、 は外径 = 30mm、 xは外径 = 40mm、 〇は外径 = 60nmi、 +は外径 =80mniを各々示している。
    [0070] 図 4より、 超電導体製円筒 (SC)単体の場合よりも高透磁率材製円筒 (FM)を挿入 した場合の方が、 超電導体製円筒 (SC)中心位置での侵入磁界が減少している。 こ れは侵入磁界の縦方向成分を高透磁率材製円筒 (FM)が磁気誘導により自身に吸収 し、 磁気的に短絡させたためである。
    [0071] 図 5は高透磁率材製円筒 (FM)の外径 Dと遮蔽効果 Eとの関係を表した線図であ る。 即ち、 図 4に示した磁界分布 Hi (Z) の超電導体製円筒 (SC)中心位置 Z = 120 における磁界 Hsc (120)で規格化したものを遮蔽効果 Eとし、 高透磁率材製円筒 (F M)の外径 Dの関数として表した線図である。
    [0072] 尚、 規格化ほ次のようにして行つた。
    [0073] 遮蔽効果 E = Hi (120) /Hsc (120) … ( IV )
    [0074] 図 5に示す通り、 高透磁率材製円筒 (FM)の外径 Dが超電導体製円筒の内径に近 付くにつれて遮蔽効果が良くなつていることがわかる。 これは超電導体製円筒（S C)内部の径方向に増加する侵入磁界の縱方向成分を高透磁率材製円筒 (FM)の外径 を大きくすることで、 より多くの縦方向成分を自身に吸収し、 磁気的に短絡させ たためである。 逆に、 外径が 20匪の場合、 遮蔽効果が 1であり、 高透磁率材製円 筒（FM)の効果が全くないことを示している。 この範囲の径方向では侵入磁界の縦 方向成分が小さいために磁気的な短絡効果がほとんど得られない。
    [0075] 以上の結果から、 超電導体製円筒 (SC)の内径の 1 / 5以上の外径を有する高透 磁率材製円筒 (FM)を超電導体製円筒 (SC)内部に配設すると超電導体製円筒 (SC)单 体よりも良い遮蔽効果が得られる。 また、 高透磁率材製円筒（FM)の外径が超電導 体製円筒 (SC)の内径に近づくほど、 良い遮蔽効果を得られることが判明した。 図 6は片端開放型の超電導体製円筒 (SC)に高透磁率材製円筒 (FM)を配設した断 面図である。 即ち、 片端開放型の超電導体製円筒 (SC)の底面から 80mniの位置に 1 つの高透磁率材製円筒（FM)を配設した。 前者のサイズは内径 l O Omnu 長さ 120 、 肉厚 5 mmである。 後者ほ長さ 10mm、 肉厚 0 . 2mm、 透磁率 10000で、 外径 D mm を変えている。 超電導体製円筒 (SC)に対して均一な横磁場 1 [ G ] をかけて、 円 筒軸上の底面から 30mmの位置における磁界を測定した。 前述の式 （IV ) に従って Z = 90における遮蔽効果で表すと、 図 5とほぼ一致する結果が得られた。 高透磁 率材製円筒（FM)は、 片端開放型超電導体製円筒（SC)の場合も両端開放型超電導体 製円筒 (SC)の場合と全く同じ遮蔽効果を及ぼすこと 判った。
    [0076] 図 7は両端開放型の超電導体製円筒 (SC)にテ一パ形状の高透磁率材製円筒（FM) を配設した断面図である。 即ち、 両端開放型の超電導体製円筒（SC)の中心から 80 画の位置にそれぞれ 1つの高透磁率材製円筒（FM)を配設した。 前者のサイズは内 径 100誦、 長さ 240mra、 肉厚 5 mmである。 後者は最大外径 80画、 最小外径 60匿、 高さ lOranu 肉厚 0.2mm、 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 [G] をかけて、 円筒軸上の中心位置における磁界を測定した。 同様 に式 （IV) に従って Z =120 における遮蔽効果は、 0.45が得られた。 以上のこと から、 開口が両端で変わらない高透磁率材製円筒 (FM)に限らず、 開口が縮径して いるテ一パ形状の高透磁率材製円筒 (FM)においても良い遮蔽効果が得られること が判った。
    [0077] (実施例 2 ：長さの効果 1， 中心部近傍）
    [0078] 図 8は長さ 2 Pを変更する高透磁率材製円筒 (FM)を配設した断面図である。 即 ち、 両端開放型のビスマス系酸化物超電導体製円筒 （Bi- Sr-Ca- Cu- 0) 中心 近傍に長さ 2 Pの高透磁率材製円筒（FM)を配設した。 前者のサイズは内径 100 mm、 長さ 150 mm, 肉厚 5匪である。 後者は内径 75删、 肉厚 2ΙΜ、 透磁率 10000 、 長さ 2 Pmniである。
    [0079] 図 8に示すように両端開放型の高透磁率材製円筒 (FM)を超電導体製円筒 (SC)内 部に各円筒の軸が一致するように配設してその長さ 2 Pを変えて実験を行つた。 各円筒に対して垂直になるように均一な横磁場 1 [G] をかけた。
    [0080] 図 9は高透磁率材製円筒 (FM)の長さ 2 Pを変えた時の超電導体製円筒 (SC)軸上 の内部磁界分布を示す線図である。 図 9において、 縦軸は内部磁界 (Hi)、 横軸は 円筒中心からの距離 Zを示している。 また、 S C 7 5は超電導体製円筒（SC) ( P = 75mm) 単体の内部磁界分布を表し、 S C + F M 25は超電導体製円筒（SC)と高 透磁率材製円筒 (FM)と高透磁率材製円筒 (FM) ( P =25min) を組合わせた場合の内 部磁界分布を示す。
    [0081] この図より明らかに超電導体製円筒（SG)单体の場合に比べて超電導体製円筒 (S C)と高透磁率材製円筒（FM)を組合わせた場合の方がより低い磁場分布を示して いることが判る。 特に、 高透磁率材製円筒（FM)の長さが長くなるにつれて中心位 置での磁界は低くなつている。 同時に、 例えば 0.1 [G] の遮蔽空間についてみ ると高透磁率材製円筒（FM)の長さが長くなるにつれて遮蔽空間が広がっている。 高透磁率材製円筒（FM) ( P=65mm) の組合わせの場合を見ると Q.l [G] の遮蔽 空間を見ると円筒中心から 50M)程度まで広がっている。 これを超電導体製円筒 (SC)单体で得るためには内径 lOOmra の場合に長さ 225imn以上が必要である。 図 1 0は高透磁率材製円筒 (FM)の長さ種々変化させた時の内部磁界 (Hi)を示す 線図である。 図において、 縦軸は内部磁界（Hi)、 横軸は高透磁率部材円筒（FM)の 長さ Pを示し、 内部磁界 (Hi)とは円筒体中心位置での磁界であり、 驪は超電導体 製円筒 (SC)と高透磁率材製円筒 (FM)とを組合わせた場合の結果、 口は高透磁率材 製円筒 (FM)単体の場合の結果を示す。
    [0082] 図 1 0より、 高透磁率材製円筒 (FM)単体の場合、 長さ Pが 60mmより長くなると 中心位置での磁界が一定になることがわかる。
    [0083] これは長さを長くするほど前述の式 （ I ) に従って遮蔽効率が良くなる超電導 体製円筒 (SC)と異なり、 無限に長い高透磁率材製円筒 (FM)を仮定した式 （ΠΙ ) で 得られる以上の遮蔽効率を有限の長さを持つ高透磁率材製円筒（FM)単体では得ら れないことから自明である。 超電導体製円筒 (SC)と高透磁率材製円筒（FM)を組合 わせた場合でも同様に、 高透磁率材製円筒（FM)の長さ Pが 60mmを越えると中心位 置での磁界が一定になっている。 従って、 組合わせた場合の遮蔽効率は、 高透磁 率材製円筒 (FM)の遮蔽効果に依存している。
    [0084] 以上の結果から、 超電導体製円筒 (SC)内部に高透磁率材製円筒 (FM)を配設した 場合、 高透磁率材製円筒（FM)の長さを長くするほど低磁場空間が広がることが判 明した。
    [0085] (実施例 3 ：長さの効果 2 , 端部近傍）
    [0086] 図 1 1は長さ Lを変更する高透磁率材製円筒 (FM)を配設した断面図である。 即 ち、 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- 0 ) (以 下、 超電導体製円筒（SC)という） の中心から 80画の位置にそれぞれ 1つの高透磁 率材製円筒（FM)を配設した。 前者のサイズは内径 l OOtrniu 長さ 240mm、 肉厚 5画 である。 後者は外径 70匪、 肉厚 0. 2mm、 透磁率 10000で、 長さし画を変えてい る。
    [0087] 超電導体製円筒（SC)に対して均一な横磁場 1 [ G ] をかけて超電導体製円筒 (SC)中心位置の磁界を測定した。 図 1 2は高透磁率材製円筒（FM)の長さ Lと遮蔽 効果との関係を表した線図である。 即ち、 縦軸は Ζ = 12 ϋ の位置の前述の式 （IV ) で示した遮蔽効果 Eを、 横軸ほ高透磁率材製円筒（FM)の長さ Lとしたものであ る。 この図から、 高透磁率材製円筒（FM)の長さ Lを長くするほど遮蔽効果が良く なっていることが判る。
    [0088] また、 長さが 30關を越えると遮蔽効果がほぼ一定になっており、 それ以上長く してもより良い遮蔽効果は得られないことも判明した。 これは超電導体製円筒 (SC)内部の磁場勾配中に高透磁率材製円筒 (FM)を配設すると、 高透磁率材が有限 の透磁率をもっため、 ある長さ以上に長くすれば磁気的に飽和し、 その結果磁気 誘導が増加し難くなり、 遮蔽効果が一定になると考えられる。
    [0089] (実施例 4 ：積層の効果 1 , 長手方向の積層）
    [0090] 図 1 3は 2つの高透磁率材製円筒 (FM)を超電導体製円筒 (SC)の長手方向に積層 配設した断面図である。 即ち、 両端開放型のビスマス系酸化物超電導体製円筒 （ Bi-Sr-Ca-Cu-O) (以下、 超電導体製円筒（SC)という） の中心から 80mni及び 60麵の位置にそれぞれ高透磁率材製円筒（FM)を配設した断面図である。 超電導体 製円筒（SG)のサイズは内径 100誦、 長さ 240mm、 肉厚 5關である。 高透磁率材製 円筒（FM)は長さ 70隨、 肉厚 0.2min、 透磁率 10000である。
    [0091] 超電導体製円筒 (SC)に対して均一な横磁場 1 [G] をかけて円筒軸上の磁界分 布を測定した。 図 1 4は 2つの高透磁率材製円筒 (FM)を長手方向に積層配設した 際の超電導体製円筒（SG)軸上の内部磁界分布 H i (Z)を示す線図である。 図におい て、 縦軸は内部磁界 (Hi)、 横軸は超電導体製円筒 (SC)中心からの距離 Zを示して いる。 尚、 比較の為に、 長さし =10ramの 1つの高透磁率材製円筒（FM)を中心から 80ramの位置に配設したもの、 及び長さ L =30mmの 1つの高透磁率材製円筒（FM)を 中心から 80剛の位置に配設したものの内部磁界分布も示す。 図 1 4おいて、 S C ほ高透磁率材製円筒 (FM)を使用しない超電導体製円筒 (SC)单体の場合の内部磁界 分布 Hsc(Z) 、 口ほ L = 10mm、 碜は L=30隨、 xは L = 10mmx 2 (図 1 3参照） を各々示している。
    [0092] 図 1 4より、 L = 10隨より長い L = 30mmの方が遮蔽効果が良く.、 L=30mraと同 じ位置に間隔を開けて L = 10腿 X 2を積層した場合が最も良い遮蔽効果が得られ た。 この結果は、 高透磁率村製円筒（FM)の長さを長くするより間隔をあけて分割 配置した方が遮蔽効果がよく成ることを示している。 更に、 前述の実施例 3の結 果から長さを長くしても遮蔽効果は一定以上良くならなかったが、 長さの短い高 透磁率材製円筒 (FM)を間隔を開けて断面方向に積層すると、 各高透磁率材製円筒 (F )が磁気的につながっていないために磁気的に飽和せず、 積層すればするほど 遮蔽効果は良くなることが判明した。
    [0093] したがって、 超電導体製円筒 (SC)内部に、 複数の高透磁率部材円筒を筒内壁と 間隔を開けて、 長手方向に間隔を開けて積層すれば、 効率良くかつ安価に目的と する磁場が得られる。
    [0094] (実施例 5 ：積層の効果 2、 径方向の重層）
    [0095] 図 1 5は 2つの高透磁率材製円筒（FM)を超電導体製円筒（SC)の径方向に重層配 設した断面図である。
    [0096] 即ち、 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- 0 ) (以下、 超電導体製円筒（SC)という） の中心から 80ramの位置にそれぞれ外径の異 なる 2つの高透磁率材製円筒 (FM)を重層したものを配設した。 超電導体製円筒 (S C)のサイズは内径 100mm、 長さ 240mm、 肉厚 5關である。 高透磁率材製円筒（FM) は長さ 10mm、 肉厚 0.2mra、 透磁率 10000で、 外径は各々 80隨、 60mmである。
    [0097] 超電導体製円筒 (SC)に対して均一な横磁場 1 [ G ] をかけて円筒軸上の磁界分 布を測定した。 図 1 6は 2つの高透磁率材製円筒 (FM)を径方向に重層配設した際 の超電導体製円筒 (SC)軸上の内部磁界分布 H i (Z)を示す線図である。
    [0098] 図 1 6において、 縦軸は内部磁界 (H i)、 横軸は超電導体製円筒 (SC)中心からの 距離 Zを示している。 尚、 比較のために実施例 1の外径 D = 80關を各々示してい る。 尚、 S Cは高透磁率材製円筒 (FM)を使用しない超電導体製円筒（S C)単体の場 合の内部磁界分布 H sc ( Z ) 、 口は D = 80mm、 Oは D = 80画 + 6 Omm (図 1 5参照 ) を各々示している。
    [0099] 図 1 6より、 D = 80画より径方向に 2つの高透磁率材製円筒（FM)を重層させた D = 80ΜΙ + 60誦の方が良い遮蔽効果が得られた。 これは従来よく使用される高透 磁率材製円筒（FM)の磁気シールドと同じで、 均一磁場中或いは勾配磁場中でも径 方向に重層すれほ'遮蔽効果は良くなることを示している。 ただし、 実施例 1の結 果ょり、 高透磁率部材円筒は超電導体製円筒 (SC)の内径 1 / 5以上の最大外径を 有していなければならない。
    [0100] 以上の結果から、 実施例 4同様に径方向に間隔をあけて高透磁率材製円筒 (FM) を重層しても、 効率良くかつ安価に目的とする磁場が得られる。
    [0101] (実施例 6 ：積層の効果 3 , 長手方向及び径方向の積層）
    [0102] 図 1 7 A， B , Cは複数の高透磁率材製円筒 (FM)を径方向及び長手方向に多重 及び多層に配設した断面図であり、 図 1 7 Aは 2つの長い高透磁率材製円筒（FM) を径方向に重層配設した断面図、 図 1 7 Bは 2つ高透磁率材製円筒 (FM)を径方向 に 配設したものを 3組長手方向に積層配設した断面図、 図 1 7 Cは径の小さ い高透磁率材製円筒 (FM)と径の大きな高透磁率材製円筒 (FM)とを交互に積層配設 した断面図である。 即ち、 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（SG)という） の内部に図 1 7 A〜 Cに 示すような形状の高透磁率材製円筒（FM)を積層配設した。 尚、 超電導体製円筒 (SG)のサイズは内径 100mm、 長さ 240龍、 肉厚 5 mである。 高透磁率材製円筒 (FM)の透磁率はいずれも 10000である。
    [0103] 具体的にほ、 超電導体製円筒 (SC)に対して均一な横磁場 1 [ G ] をかけて円筒 軸上の磁界分布を測定した。 図 1 7 Aは外径が 80關、 長さ の高透磁率材製円 筒（FM1) と外径が 60IM、 長さ 50腳の高透磁率材製円筒（FM2) とを径方向に積層し たものである。 図 1 7 Bは外径が 80imn、 長さ 10隨の高透磁率材製円筒（ Λ1) と外 径が 60匪、 長さ 10匪の高透磁率材製円筒（FM2) とを径方向に積層したものを 3層 長手方向に間隔をあけて積層配設し、 高透磁率材製円筒 (FM)の占める空間を図 1 7 Aと同じにしたものである。 図 1 7 Cは外径が 80mra、 長さ 10mmの高透磁率材製 円筒（FM1) と外径が 60隱、 長さ 10mmの高透磁率材製円筒（FM2) とを交互に長手方 向に積層した。
    [0104] 図 1 8は図 1 7 A , B , C各々の高透磁率材製円筒（FM)を配設した際の超電導 体製円筒（SC)軸上の内部磁界分布 H i (Z)を示す線図である。 図 1 8において、 縦 軸は内部磁界 (Hi)、 横軸は超電導体製円筒（SC)中心からの距離 Zを示している。 尚、 S Cは高透磁率材製円筒（FM)を使用しない超電導体製円筒（SC)单体の場合の 内部磁界分布 H s c ( Z ) , 口は図 1 7 Α、 ·は図 1 7 B、 xは図 1 7 Cに示した ものを示している。
    [0105] 図から明かなように、 各場合とも高透磁率材製円筒（FM)により侵入磁界が磁気 的に短絡され、 超電導体製円筒（SC)単体の場合よりも到達磁界が小さくなってい ることがわかる。 図 1 7 と図1 7 Bを比較すると、 高透磁率材製円筒（FM)の占 める空間ほ同じにも関わらず、 長さの短い円筒を径方向と長手方向に重層 ·積層 配設した図 1 7 Bの方が非常によい遮蔽効果を示している。
    [0106] 図 1 7 Aは前述の実施例 3の結果と同様に、 超電導体製円筒 (S C)内部の磁場勾 配のある場合において、 高透磁率材が有限な透磁率をもっため磁気的に飽和して しまレ、、 結果として長さを長くしても遮蔽効果はそれ以上よくならないだろうと 予測される。
    [0107] しかし、 図 1 7 Bの場合ほ、 短い高透磁率材製円筒（FM)を間隔を開けて積層し ているために各高透磁率材製円筒 (FM)間は磁気的に絶縁されており、 更に長手方 向に積層すれば、 よりよい遮蔽効果を得ることが可能である。
    [0108] また、 図 1 7 Cは外径の異なる円筒を交互に長手方向に積層した例である。 こ の場合も間隔を開けて積層したことで、 図 1 7 Aよりよい遮蔽効果を得ている。 この例では外径 80ram X 2個、 60画 x 3個の高透磁率材製円筒（FM)を使用している が、 実施例 1の結果から外径 8 Omm x 3個、 60mm x 2個の高透磁率材製円筒（FM)を 使用した方が遮蔽効果がよくなることは容易に推測される。
    [0109] また、 前述の結果と同様に、 図 1 7 A , B , Cの各モデルに対して、 両端開放 型の超電導体製円筒（SC)の半分の長さを持つ片端開放型の超電導体製円筒（SC)を 使用し、 開放端から同じ位置に高透磁率材製円筒 (FM)を配設しても、 全く同じ効 果が得られる。
    [0110] 以上の結果から、 超電導体製円筒 (SC)内部の磁場勾配中において、 超電導体製 円筒 (SC)の内径の 1 Z 5以上の外径を有する複数の高透磁率材製円筒（FM)を長手 方向と径方向に間隔を開けて多重及び多層に配設することで、 安価に効率よく侵 入磁界を減衰させ、 その結果高い磁場遮蔽空間が増し、 外部磁場より極めて低い 磁場を効率よく実現できる。 (実施例 7 ：超電導体製円筒の開口被覆体の付設）
    [0111] 図 1 9ほ术発明の別の実施例の構成を示す説明図である。 図に示すように、 円 形断面部分の内径 1 m , 長さ 2 mの超電導体製円筒 (41)の開口被覆体 (42)につい ては長さ 150cm, (43) (44)については長さ 80craであり、 これらの厚さが 5 mmの強 磁性体（パーマロイ） で作られた直径がそれぞれ 110cm, 81cm, 52cmの円筒を同 心状にはめ込んだ構造体を設けた。
    [0112] この内部の磁場の強さを測定したところ図 1 9 A , B点の磁場ほ外部磁場に対 してそれぞれ 1(Γ4 , 4x10 倍になった。 一方構造体を取り除いて測定したところ 図 1 9 A , B点の磁場ほ外部磁場に対してそれぞれ 10-1 , 6χ·10— 4 倍であった。 このことから本発明により超電導体製円筒 (SC)に侵入する磁場が著しく小さく 出来ることがわかる。
    权利要求:
    Claims

    請求の範 I
    l . 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 前記筒状のシールド体と間隔を開けて、 前記筒状のシールド体の長手方向に沿 つた開口を有する高透磁率材製筒状体を配設したことを特徴とする磁気シールド
    2 . 前記請求項 1に記載の磁気シールド構造において、
    前記高透磁率材製筒状体が、 前記筒状のシールド体の内部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、
    前記高透磁率材製筒状体が、 前記筒状のシールド体の開口端近傍に配設された ことを特徴.とする磁気シールド構造。
    4 . 前記請求項 1に記載の磁気シールド構造において、
    前記高透磁率村製筒状体が、 所定の長さを有したことを特徴とする磁気シール ド構造。
    5 . 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材製筒状体が、 径方向及び Z又は長手方向に間隔を開けて 多重に及び Z又は多層に配設されたことを特徴とする磁気シールド構造。
    6 - 前記請求項 1に記載の磁気シールド構造において、
    前記高透磁率材製筒状体が、 テ一パ形状であることを特徴とする磁気シールド 構造。 7 - 前記請求項 3又は 5に記載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を覆う前記高透磁率材製筒状体と、
    該高透磁率材製筒状体の径方向内部の前記筒状のシールド体の開口端近傍に間 隔を開けて多重に配設された別の高透磁率材製筒状体とを備えたことを特徴とす る磁気シールド構造。
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    同族专利:
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    引用文献:
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    法律状态:
    1992-04-16| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): CA US |
    1992-04-16| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LU NL SE |
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