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JPH0122578B2 - - Google Patents
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JPH0122578B2 - - Google Patents

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JPH0122578B2
JPH0122578B2 JP1855879A JP1855879A JPH0122578B2 JP H0122578 B2 JPH0122578 B2 JP H0122578B2 JP 1855879 A JP1855879 A JP 1855879A JP 1855879 A JP1855879 A JP 1855879A JP H0122578 B2 JPH0122578 B2 JP H0122578B2
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radiation shield
container
cryostat
tube
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Deyuui Kunaipu Junia Jooji
Henrii Andaason Maabin
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Varian Associates Inc
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    • G01R33/28Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
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    • G01R33/31Temperature control thereof
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    • F17C3/08Vessels not under pressure with provision for thermal insulation by vacuum spaces, e.g. Dewar flask
    • F17C3/085Cryostats
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25D3/10Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
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Description

【発明の詳細な説明】 〔説明の要約〕 NMRスペクトロメータの超電導マグネツト用
の改良された低温槽は、液体ヘリウムを容れた事
実上球形の熱伝導性の中央容器を取巻く等温シエ
ルの多重構造を具備し、その中央容器内で超電導
ソレノイドは部分的にのみ液中に浸されている時
に動作状態を維持する。中央容器を取巻く放射遮
蔽体は流出するヘリウム蒸気の沸騰蒸発によつて
冷却される。この放射遮蔽体は、中央容器の領域
より上に配置され等温シエルの壁によつて中央容
器から遮蔽されている液体窒素容器と熱的に接触
することによつて液体窒素の温度に維持された等
温シエルの内部に、密閉されている。外側の放射
遮蔽体は液体窒素容器とそれに附随する等温シエ
ルとを取巻き、またその外側放射遮蔽体は外部冷
凍設備によつて180〓・の程度の温度に維持され
る。ハーメチツク・シールされた外囲容器がその
低温槽の外壁を形成し、重ね合わされた構造体の
隣接するものの間の総ての内部空間を非常に低い
共通圧力まで排気するための口を設けている。重
ね合わされた構造体の隣接する面と面の間の間隔
は、隣接するシエルの間に緊張させて配置された
ポリエステルの紐から成る低熱伝導度の新規な機
械的控え系によつて維持される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION SUMMARY OF THE DESCRIPTION An improved cryostat for a superconducting magnet in an NMR spectrometer employs a multiple structure of isothermal shells surrounding a virtually spherical thermally conductive central vessel containing liquid helium. The superconducting solenoid within the central container remains in operation when only partially immersed in liquid. The radiation shield surrounding the central container is cooled by boiling evaporation of the escaping helium vapor. This radiation shield was maintained at the temperature of liquid nitrogen by thermal contact with a liquid nitrogen container located above the region of the central container and shielded from the central container by the walls of the isothermal shell. It is sealed inside an isothermal shell. An outer radiation shield surrounds the liquid nitrogen vessel and its associated isothermal shell, and the outer radiation shield is maintained at a temperature on the order of 180° by external refrigeration equipment. A hermetically sealed envelope forms the outer wall of the cryostat and provides ports for evacuating all interior spaces between adjacent stacked structures to a very low common pressure. . The spacing between adjacent surfaces of the superimposed structure is maintained by a novel mechanical bracing system of low thermal conductivity consisting of polyester strings placed under tension between adjacent shells. .

本発明は液体ヘリウムなどのような極低温液体
を内蔵する低温槽に関するものであり、特に
NMRスペクトロメータ用磁石などのような超電
導装置を収容する低温槽に関するものである。
The present invention relates to a cryostat containing a cryogenic liquid such as liquid helium, and in particular to a cryostat containing a cryogenic liquid such as liquid helium.
It relates to cryogenic chambers that house superconducting devices such as magnets for NMR spectrometers.

例えば超電導磁石などのような超電導装置を内
蔵する従来の低温槽は、ソレノイドの直上に配置
された比較的大きい容積と大きく流通して超電導
磁石を取巻く比較的小さい円筒状容積を示すよう
成形されたヘリウム容器を使用した。このような
幾何学的形状では、ソレノイドは完全に液体ヘリ
ウム浴中に浸されて保持される。その大きい容積
中の液体ヘリウムの源によつて、液体ヘリウムに
対する充分な保留時間が設定される。この形のヘ
リウム容器は、実現し得る最小値よりも可成り大
きい表面積対体積比を示し、その結果、より高い
ヘリウム沸騰蒸発速度をもたらすような追加の放
射損失を導入する。
Conventional cryostats containing superconducting devices, such as superconducting magnets, are shaped to exhibit a relatively small cylindrical volume surrounding the superconducting magnet in significant communication with a relatively large volume located directly above the solenoid. A helium container was used. In such a geometry, the solenoid is kept completely submerged in a liquid helium bath. The source of liquid helium in its large volume provides sufficient retention time for the liquid helium. This form of helium container exhibits a surface-to-volume ratio that is significantly larger than the minimum achievable, thus introducing additional radiation losses resulting in higher helium boiling evaporation rates.

従来の低温槽は、機械的衝撃に耐え且つ隣接す
る多重壁の間に最小の間隙を維持するために、例
えばステンレス鋼のスポークを用いるなどして内
部的に補強された多重構造の室の形を取つて来
た。ステンレス鋼はその比較的低い熱伝導度と高
い強度とのために普通に良く選ばれる材料であ
る。然しながら、このような控えの熱伝導度は、
多重構造の隣接表面の間に実現することのできる
熱的絶縁に限界を与える。
Conventional cryostats take the form of multi-layered chambers that are internally reinforced, e.g. with stainless steel spokes, to withstand mechanical shock and maintain minimal gaps between adjacent multi-walls. I came to get it. Stainless steel is a common material of choice due to its relatively low thermal conductivity and high strength. However, the thermal conductivity of such a reserve is
This places a limit on the thermal insulation that can be achieved between adjacent surfaces of multiple structures.

従来の低温槽は、最低温の冷却材を周囲温度か
ら遮蔽するために2次温度浴を使用した。通常は
2次冷却材容器自体が、例えば絶縁材料の複数の
層を用いるなどして周囲温度から絶縁された。室
温からの出し入れの出来る超電導磁石では、この
絶縁のために充分な空間を設けるために、従来の
低温槽構造は比較的大きい磁石の孔を必要とし
た。その結果、このような従来のソレノイドの内
径は追加の絶縁体を収容するために比較的大きい
直径まで拡大されることを余儀なくされ、それに
より、ソレノイドの製造のためより大きい長さの
超電導線が必要とされた。
Conventional cryostats used a secondary temperature bath to shield the coldest coolant from ambient temperature. Typically, the secondary coolant container itself was insulated from ambient temperature, such as by using multiple layers of insulating material. For superconducting magnets that can be moved in and out from room temperature, conventional cryostat structures require relatively large magnet holes to provide sufficient space for this insulation. As a result, the inner diameter of such conventional solenoids is forced to be enlarged to a relatively large diameter to accommodate the additional insulation, thereby requiring larger lengths of superconducting wire for the manufacture of the solenoid. It was needed.

液化ガスの内蔵する低温槽においてこのような
液化ガスの沸騰に起因する低温槽からの液化ガス
の損失が最小にされるような改良を行うことが本
発明の一目的である。
It is an object of the present invention to provide an improvement in a cryostat containing liquefied gas so that loss of liquefied gas from the cryostat due to boiling of the liquefied gas is minimized.

本発明の他の一目的は、超電導磁石の動作のた
めに必要とされる液体ヘリウムの量を最小にし且
つ液体ヘリウムの補給の時間間隔を最大にするこ
とである。
Another object of the invention is to minimize the amount of liquid helium required for operation of the superconducting magnet and to maximize the time interval between liquid helium replenishments.

更に別の一目的は、多重構成の複数の室の間の
熱的絶縁を改良しながらこのような多重室の低温
槽構造に対する強く安定な内部控えを実現するこ
とである。
Yet another object is to provide a strong and stable internal bracing for such multi-chamber cryostat structures while improving thermal insulation between the multiple chambers of the multi-chamber configuration.

本発明の一特色によれば、1次冷却材を形成す
る液化ガスを内蔵するために事実上球形の中央容
器が設けられ、それによりこの容器の表面積対体
積比は最小にされる。
According to one feature of the invention, a substantially spherical central container is provided for containing the liquefied gas forming the primary coolant, so that the surface area to volume ratio of this container is minimized.

本発明の他の一特色によれば、その中央容器
は、中央容器から出て行く必要な充填及び通気管
によつて導入される温度傾斜がなお、液化ガス中
に部分的にのみ浸された超電導装置の動作を許す
に充分な程小さくなるような、厚みを持つアルミ
ニウムで構成される。
According to another feature of the invention, the central container is provided such that the temperature gradient introduced by the necessary filling and venting pipes leaving the central container is still only partially immersed in the liquefied gas. It is constructed of aluminum with a thickness that makes it small enough to allow operation of the superconducting device.

本発明の更に別の一特色によれば、中央冷却材
容器は放射遮蔽体で取巻かれ、その遮蔽体は、中
央容器から間隔をあけられ、且つ中央容器の中に
内蔵される液化ガスからの沸騰蒸発によつて与え
られる蒸気冷却作用によつて第1の中間温度に維
持される。
According to yet another feature of the invention, the central coolant container is surrounded by a radiation shield, the shield being spaced from the central container and preventing the liquefied gas contained within the central container. The first intermediate temperature is maintained by the vapor cooling effect provided by the boiling evaporation of.

本発明の更に別の一特色によれば、中央容器と
それを取巻く放射遮蔽体とは第2の包囲室によつ
て設定される等温表面によつて囲まれ、第2の容
器が第2の包囲室の上方外部に第2包囲室の外表
面と熱的に接触して設けられ、それにより第2の
包囲室及び第2の容器は第2の容器を満す2次冷
却材をなす第2の液化ガスの温度に維持される等
温体を形成する。
According to a further feature of the invention, the central container and the surrounding radiation shield are surrounded by an isothermal surface defined by a second enclosure chamber, the second container being surrounded by a second surrounding chamber. A secondary coolant is provided above the enclosure and in thermal contact with the outer surface of the second enclosure, such that the second enclosure and the second vessel form a secondary coolant filling the second enclosure. 2 to form an isothermal body maintained at the temperature of the liquefied gas.

本発明の更に別の一特色によれば、第2の容器
及び第2の包囲室から成る等温体を密閉してそれ
と接触して外側放射遮蔽体が設けられ、このよう
な外側放射遮蔽体は第2の冷却材と周囲温度との
中間の温度に維持される。
According to a further feature of the invention, an outer radiation shield is provided in sealed contact with the isothermal body comprising the second container and the second enclosed chamber, such outer radiation shield The temperature is maintained between the second coolant and the ambient temperature.

本発明のなお別の一特色によれば、外側放射遮
蔽体は補助冷凍設備によつて所望の温度に維持さ
れる。
According to yet another feature of the invention, the outer radiation shield is maintained at the desired temperature by auxiliary refrigeration equipment.

本発明の別の一特色によれば、ハーメチツク・
シールされた外囲容器が、外側放射遮蔽体と、2
次冷却材冷却された等温面と、内側放射遮蔽体
と、中央容器とによつて形成される多重構造を密
閉し、これら多重構造構成体の間の空間は流通
し、それによりこれらの空間を共通に排気するこ
とが出来る。
According to another feature of the invention, the hermetic
a sealed envelope including an outer radiation shield;
The multilayer structures formed by the coolant-cooled isothermal surfaces, the inner radiation shield, and the central vessel are then sealed, and the spaces between these multilayer structures are in communication, thereby closing these spaces. They can be commonly exhausted.

本発明の更に別の一特色によれば、多重構造の
隣接するものは緊張されたポリエステルの紐によ
つて控えを設けられて、幾つかの多重構造の隣接
する表面の間の熱伝導を減少しながらそれら表面
の間に空隙を維持する。
According to yet another feature of the invention, adjacent ones of the laminates are braced by taut polyester cords to reduce heat transfer between adjacent surfaces of the several laminates. while maintaining an air gap between those surfaces.

本発明によれば、1次冷却材(以下、液体ヘリ
ウムと言う)は事実上球形の中央容器の中に内蔵
される。中央容器はアルミニウムで形成され、準
球形の容器に溶接されたアルミニウムの円筒壁に
よつて設定される孔をその中心に設けられてい
る。超電導ソレノイドはその孔と同軸状に中央容
器の内部に配置されている。本発明によれば、表
面対体積比が最小にされて、放射による熱の吸収
を行う中央容器の面積を減少し、また液体ヘリウ
ムのレベルがソレノイドの上端より可成り下に低
下する時にソレノイドの動作を継続し得るように
する。
According to the invention, the primary coolant (hereinafter referred to as liquid helium) is contained within a substantially spherical central container. The central container is formed of aluminum and has a hole in its center defined by an aluminum cylindrical wall welded to the quasi-spherical container. A superconducting solenoid is located inside the central container coaxially with the hole. In accordance with the present invention, the surface-to-volume ratio is minimized to reduce the area of the central vessel for radiant heat absorption and to reduce the area of the solenoid when the level of liquid helium drops well below the top of the solenoid. Enable continued operation.

中央容器とそれを取巻く第2の等温面との中間
の第1の等温面を設定するためにヘリウム容器を
取巻く放射遮蔽体が設けられ、この第2の等温面
は2次冷却材(以下、液体窒素という)の温度に
維持される。この放射遮蔽体は、それと熱的接触
を行つている充填及び通気管を通して流出するヘ
リウムの沸騰蒸発によつて行われる蒸気冷却によ
つて、約50〓に維持される。この特色は本特許出
願人により本出願と同日付にて特許出願された昭
和54年特許願第18559号(特公昭63−57733号)に
係る発明の要旨をなすものである。
A radiation shield surrounding the helium container is provided to establish a first isothermal surface intermediate the central container and a second isothermal surface surrounding it, which second isothermal surface is provided with a secondary coolant (hereinafter referred to as (referred to as liquid nitrogen). This radiation shield is maintained at about 50° by vapor cooling, which is carried out by boiling evaporation of helium flowing through the filling and venting tubes in thermal contact with it. This feature constitutes the gist of the invention related to Patent Application No. 18559 (Japanese Patent Publication No. 1983-57733) filed in 1972 by the applicant of this patent on the same date as this application.

この放射遮蔽体を取巻き且つ充填及び通気管を
部分的に取巻いて、中央容器の領域の上方でシエ
ルの外部に配置された液体窒素容器と熱的に接触
して冷却される2次等温シエルが設けられる。こ
の幾何学的形状では、中央容器からの充填及び通
気管(2次等温シエルの円筒状部分により部分的
に取巻かれている)は、従来の低温槽と比較して
2次冷却材容器のより大きい長さを貫通し、その
結果、液体ヘリウム容器に対する熱的絶縁性を改
良される。
A secondary isothermal shell surrounding this radiation shield and partially surrounding the filling and venting tubes is cooled in thermal contact with a liquid nitrogen container located outside the shell above the area of the central container. is provided. In this geometry, the filling and venting tubes from the central vessel (which is partially surrounded by the cylindrical part of the secondary isothermal shell) are connected to the secondary coolant vessel compared to conventional cryostats. It penetrates a greater length, resulting in improved thermal insulation for the liquid helium container.

2次冷却材容器及び附随する2次等温シエルの
周囲温度からの熱的絶縁は、本発明によれば、2
次冷却材容器及び附随する等温シエルを取巻く外
側放射遮蔽体を設けることによつて更に改良され
る。この外側放射遮蔽体は、補助冷凍設備を用い
て、2次冷却材温度と周囲温度との中間の温度に
維持される。
Thermal isolation of the secondary coolant vessel and associated secondary isothermal shell from ambient temperature is, according to the invention,
A further improvement is provided by providing an outer radiation shield surrounding the secondary coolant vessel and associated isothermal shell. This outer radiation shield is maintained at a temperature intermediate between the secondary coolant temperature and ambient temperature using auxiliary refrigeration equipment.

外側のハーメチツクシールされた容器が外側放
射遮蔽体と低温槽の内部とを密閉し、隣接する多
重構造の間の空間が16-6torrの程度の圧力まで排
気され得るようにする。このようにして、中央容
器へ熱を伝達するような気体熱伝導や対流の作用
が最小にされる。
An outer hermetically sealed container seals the outer radiation shield and the interior of the cryostat, allowing the space between adjacent multiplex structures to be evacuated to pressures on the order of 16 -6 torr. In this way, gas heat conduction and convection effects that transfer heat to the central vessel are minimized.

本発明は、従来の控えスポークをポリエステル
紐で形成された控えと置換することによつて、力
学的支持体及び内部控えに起因する多重構造間の
直接の熱伝導による損失を事実上なくする。
By replacing conventional stay spokes with stays formed of polyester string, the present invention virtually eliminates direct heat conduction losses between multiple structures due to mechanical supports and internal stays.

液体窒素及び液体ヘリウムの容器の両方の充填
及び通気管を除いては、この低温槽の多重構造を
形成する壁は総てアルミニウムで構成される。そ
の結果、放射による熱の移動は隣接する表面の間
で更に減少される。この特色は本特許出願人に譲
渡された特願昭54−18562号(特開昭54−128821
号)に係る発明の要旨をなす。
With the exception of the filling and venting tubes for both the liquid nitrogen and liquid helium vessels, all of the walls forming the multiple structure of this cryostat are constructed of aluminum. As a result, heat transfer by radiation is further reduced between adjacent surfaces. This feature is disclosed in Japanese Patent Application No. 54-18562 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 54-128821) assigned to the present patent applicant.
(a) constitutes the gist of the invention pertaining to item (a).

本発明のその他の特色と利点とは添附図面に関
連して記された以下の詳細な説明を熟読すること
により一層明らかとなるであろう。
Other features and advantages of the invention will become more apparent upon reading the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.

超電導NMRスペクトロメータ装置は、以下に
一層詳細に説明するような方法で低温槽1の内部
に作られた磁界に対して室温から出し入れするこ
との出来る低温槽1を使用する。試料7を含むプ
ローブ5が、分析のために孔3の中に導入され
る。送信器9、受信器11、制御ユニツト13、
データ処理ユニツト15及び表示機構17が完全
なスペクトロメータ(磁石に対する持続性電流を
起動するための電力供給系を除く)を構成する。
The superconducting NMR spectrometer device uses a cryostat 1 that can be moved in and out of room temperature to a magnetic field created inside the cryostat 1 in a manner that will be explained in more detail below. A probe 5 containing a sample 7 is introduced into the hole 3 for analysis. transmitter 9, receiver 11, control unit 13,
The data processing unit 15 and the display mechanism 17 constitute a complete spectrometer (excluding the power supply system for activating the continuous current to the magnet).

第2図は本発明の低温槽の一実施例の上面図で
ある。孔3は、以下に説明されるような低温槽1
の内部の装置によつて作られる磁界への室温から
の出入り口を形成する。
FIG. 2 is a top view of an embodiment of the cryostat of the present invention. The hole 3 is a cryostat 1 as described below.
forming a room-temperature entrance/exit to the magnetic field created by the internal device.

次に第3図を参照すると、低温槽1は、中央容
器110の内部に超電導ソレノイド組立体50を
内蔵している。容器110は、ソレノイド組立体
50を構成する巻線の超電導状態を維持するため
に、望ましくは液体ヘリウムから成る1次冷却材
を含んでいる。全体として番号50で表わされて
いるソレノイド巻線からの導線は、以下に説明さ
れるようにして導入される外部電流源への接続路
に対するコネクタ54に終つている。選ばれた巻
線について正常状態と超電導状態との間の遷移を
制御するための接続性スイツチを構成する追加の
回路は図示されていない。これらの回路や好都合
な持続性スイツチは本特許出願人の特公昭61−
61277号(特許第1389997号)及び特公昭62−
44684号(特許第1433872号)に記載されている。
またソレノイド組立体50も本発明の範囲内に入
るものではなく、本特許出願人に譲渡された係属
中の米国特許第4213092号及び同第4180769号に別
に説明されている。
Referring now to FIG. 3, the cryostat 1 includes a superconducting solenoid assembly 50 inside a central container 110. Vessel 110 contains a primary coolant, preferably liquid helium, to maintain the superconducting state of the windings comprising solenoid assembly 50. Leads from the solenoid winding, generally designated by the numeral 50, terminate in a connector 54 for a connection to an external current source introduced as described below. Additional circuitry that constitutes a connectivity switch to control the transition between normal and superconducting states for selected windings is not shown. These circuits and advantageous persistent switches are described in Japanese Patent Publication No. 1983-1980 by the applicant of this patent.
No. 61277 (Patent No. 1389997) and Special Publication No. 1989-
44684 (Patent No. 1433872).
Solenoid assembly 50 is also not within the scope of the present invention and is separately described in commonly assigned co-pending US Pat. Nos. 4,213,092 and 4,180,769.

中央冷却材容器110は3.175mm(0.125″)厚の
アルミニウム板で、従来周知のろくろ細工技術に
よつて図示のような事実上球形に形成されてい
る。好都合な一実施例では、容器110は約25リ
ツトルの冷却材容量を持つている。容器110は
更に、容器110に溶接された円筒状壁111に
よつて形成される孔によつて特徴づけられてい
る。ソレノイド組立体50の磁界に対して、その
孔によつて室温からの出し入れが行われる。容器
110は、それぞれ円筒状の管113,115,
117及び119によつて設定される同軸の孔を
有し次々と重ね合わさつて周囲を取巻く複数の室
112,114,116及び118を用いて、周
囲温度から遮断されている。これら各別の円筒状
の同軸管の各々の壁厚は、各に対する熱負荷によ
つて定められ、0.508mm(0.02″)から1.245mm
(0.049″)まで変化する。室112,114,1
16及び118の間の空間は以下に説明するよう
にして互に流通し、気体熱伝導や対流による隣接
多重構造表面間の熱の伝達を最小にするため、例
えば10-6torrというような極めて低い圧力を実現
するために、外側の室118の排気口120を通
して排気される。
The central coolant vessel 110 is a 3.175 mm (0.125″) thick aluminum plate and is formed into a substantially spherical shape as shown by well known potter's wheel techniques. In one convenient embodiment, the vessel 110 is It has a coolant capacity of approximately 25 liters. Vessel 110 is further characterized by an aperture formed by a cylindrical wall 111 welded to vessel 110. On the other hand, the holes are used to take in and out from room temperature.The container 110 has cylindrical tubes 113, 115,
It is insulated from the ambient temperature by means of a plurality of surrounding chambers 112, 114, 116 and 118, one on top of the other, with coaxial holes defined by 117 and 119. The wall thickness of each of these separate cylindrical coaxial tubes is determined by the thermal load on each and ranges from 0.508 mm (0.02″) to 1.245 mm.
(0.049″). Chambers 112, 114, 1
The spaces between 16 and 118 are in communication with each other, as described below, to minimize heat transfer between adjacent multistructure surfaces by gas heat conduction or convection. The outer chamber 118 is evacuated through an exhaust port 120 to achieve a low pressure.

2次冷却材容器114′は中央容器110の上
方で室114と熱的に接触して配置され、それに
より、公称寸法4.826mm(0.190″)の厚みのアルミ
ニウムで形成されることが望ましい室114は、
液体窒素であることが望ましい2次冷却材の温度
に保たれるシエルを形成する。
A secondary coolant vessel 114' is positioned above the central vessel 110 and in thermal contact with the chamber 114, thereby forming the chamber 114, which is preferably formed of aluminum having a nominal dimension of 0.190'' thickness. teeth,
A shell is formed which is maintained at the temperature of the secondary coolant, preferably liquid nitrogen.

第2図に戻ると、中央容器に出入りするために
2つの充填通気管130及び130′が必要であ
る。これらは0.127mm(0.005″)という壁厚を有す
る内径15.875mm(5/8″)のステンレス鋼によつて
構成される。2つのこのような充填通気管130
及び130′が第2図に画かれており、このよう
な構造の1つは第3図に更に詳細に示されてい
る。これらの充填通気管は、電気的コネクタ54
が管130に対してのみ必要であるという点が異
るだけである。液体ヘリウム容器から低温槽の外
部への熱伝導を最小にするために、管130及び
130′はステンレス鋼で作られていることが望
ましい。管130は同軸状の管132,134,
136及び138によつて遮蔽され、それらの管
の各々は多重構造の各別の室112,114,1
16及び118の一部を形成する。望ましくはア
ルミニウム製である。熱伝達カラー133(及び
図示されていない133′)は、管130及び1
30′を通過する沸騰蒸発するヘリウム蒸気に熱
を伝達して、それにより等温シエル112を一定
温度に維持する役を果す。
Returning to FIG. 2, two fill vent tubes 130 and 130' are required to enter and exit the central container. They are constructed of 15.875 mm (5/8") internal diameter stainless steel with a wall thickness of 0.127 mm (0.005"). Two such filling vent pipes 130
and 130' are depicted in FIG. 2, and one such structure is shown in more detail in FIG. These fill vent tubes are connected to electrical connectors 54
The only difference is that is only required for tube 130. Tubes 130 and 130' are preferably made of stainless steel to minimize heat transfer from the liquid helium container to the exterior of the cryostat. The tube 130 includes coaxial tubes 132, 134,
136 and 138, each of which tubes leads to a respective separate chamber 112, 114, 1 of the multiple structure.
16 and 118. It is preferably made of aluminum. Heat transfer collar 133 (and 133', not shown) connects tubes 130 and 1
Heat is transferred to the boiling, vaporizing helium vapor passing through 30', thereby serving to maintain the isothermal shell 112 at a constant temperature.

放射遮蔽体112は通常のろくろ細工技術によ
つてアルミニウムから作られることが望ましく、
2次冷却材の温度(液体窒素の場合77.4〓)と1
次冷却材の温度(液体ヘリウムの場合4.2〓)と
の間の温度の等温シエルを設定する。「液体窒素
−液体ヘリウム」の組合わせに対しては、放射遮
蔽体112の温度は約50〓が最適である。熱は周
囲を取巻くシエル114の内面から放射遮蔽体へ
主として放射により(そして以下に説明するよう
な力学的控えを通して伝導により)伝達され、ま
た熱はその放射遮蔽体112から充填及び通気管
130及び130′の中のヘリウム蒸気へ、それ
ぞれ充填及び通気管130及び130′と放射遮
蔽体112とに溶接されたアルミニウムの接触カ
ラー133及び133′を通して伝達される。管
130及び130′とそれぞれのカラー133及
び133′との間の熱的接触は、約10mwの熱的
パワーが流出するヘリウム蒸気から放射遮蔽体1
12へ供給される点で生ずる。
Radiation shield 112 is preferably made from aluminum by conventional wheel turning techniques;
The temperature of the secondary coolant (77.4〓 for liquid nitrogen) and 1
Next, set up an isothermal shell of temperature between the coolant temperature (4.2〓 for liquid helium). For the "liquid nitrogen-liquid helium" combination, the temperature of the radiation shield 112 is optimally about 50°. Heat is transferred primarily by radiation (and by conduction through mechanical restraints as described below) from the surrounding inner surface of the shell 114 to the radiation shield, and from the radiation shield 112 to the fill and vent tubes 130 and The helium vapor in 130' is transmitted through aluminum contact collars 133 and 133' welded to fill and vent tubes 130 and 130' and radiation shield 112, respectively. Thermal contact between the tubes 130 and 130' and the respective collars 133 and 133' is such that approximately 10 mW of thermal power is removed from the escaping helium vapor by the radiation shield 1.
12.

放射遮蔽体112は周囲を取巻く等温シエル1
14の内部に重ね合わされ、その等温シエル11
4は液体窒素容器114′との溶接接触によつて
液体窒素の温度に維持される。等温体114−1
14′の外表面は外側放射遮蔽体によつてそれ自
体が遮蔽され、その外側遮蔽体は以下に詳細に説
明するような方法で液体窒素の温度と室温の中間
の温度に維持される。
The radiation shield 112 is surrounded by an isothermal shell 1.
14 and its isothermal shell 11
4 is maintained at liquid nitrogen temperature by welded contact with liquid nitrogen container 114'. Isothermal body 114-1
The outer surface of 14' is itself shielded by an outer radiation shield, which is maintained at a temperature intermediate between the temperature of liquid nitrogen and room temperature in a manner described in detail below.

ハーメチツクシールされた外囲容器118が低
温槽構造を密閉して、外部に対する力学的真空的
一体構造を構成する。
A hermetically sealed envelope 118 hermetically seals the cryostat structure to provide mechanical vacuum integrity to the exterior.

図示のように、バツフルを付けられた開口13
5及び137が、放射遮蔽体112及び116に
設けられている。第2図の断面図では見えない
が、シエル114の同様のバツフル付き開口がこ
の多重構造の総ての内部空間の間の流通を行い、
それによりこれらの内部空間は排気口120を通
しての排気により共通の圧力に維持される。
As shown, the rounded opening 13
5 and 137 are provided on the radiation shields 112 and 116. Although not visible in the cross-sectional view of FIG. 2, similar butted openings in shell 114 provide communication between all interior spaces of this multiple structure.
These interior spaces are thereby maintained at a common pressure by evacuation through the exhaust port 120.

液体窒素容器114′及びそれに附随するシエ
ル114は、外側放射遮蔽体116を液体窒素の
温度と周囲温度との中間の温度まで冷却すること
によつて、効果的に絶縁される。管145の中に
以下に説明するように熱交換器を設けて外側放射
遮蔽体116と補助冷凍設備140との間の熱交
換を行うことによつて、放射遮蔽体116を望ま
しくは173〜183〓・に維持することが逐行され
る。ネスラブ・インストウルメンツ社(Neslab
Instruments、Inc.)製のクリオクール
(Cryocool)CC−100型などのような外部の機械
的冷凍機がこの目的のために都合良いことが解つ
た。尤も類似の装置も間違いなく同様に役に立つ
であろう。ここで第5図を参照すると、外部冷凍
設備が低温槽に結合される機構がより詳細に示さ
れている。
The liquid nitrogen container 114' and its associated shell 114 are effectively insulated by cooling the outer radiation shield 116 to a temperature intermediate between the temperature of the liquid nitrogen and ambient temperature. Radiation shield 116 is preferably 173-183 by providing a heat exchanger in tube 145 as described below to provide heat exchange between outer radiation shield 116 and auxiliary refrigeration equipment 140. It is necessary to maintain 〓・. Neslab Instruments
External mechanical refrigerators, such as the Cryocool model CC-100 manufactured by J.D. Instruments, Inc., have proven convenient for this purpose. No doubt similar devices would be useful as well. Referring now to FIG. 5, the mechanism by which the external refrigeration equipment is coupled to the cryostat is shown in more detail.

外囲容器118の上端の出入口142(第2
図)は管143によつてハーメチツク・シールさ
れ、その管143は外側放射遮蔽体116に対す
る熱的出入路のための縦孔組立体を支持する。そ
の縦孔のための外孔壁144と内側伝導管14
4′とが、例えばステンレス鋼などのような低熱
伝導度の管体によつて形成され、内側接触管14
5は、遮蔽体116の周縁に沿つて溶接された1
ターンのコイルの形をなして外側遮蔽体116に
接合された熱伝導性の管で構成されている。内側
及び外側の壁144′及び144は端部プラグ1
44″にハーメチツク・シールされている。冷凍
機140の放射遮蔽体116への熱的結合は、第
6図により詳細に示されているように、コール
ド・ヘツド147を冷却管145の中に挿入する
ことによつて行われる。
Entrance/exit 142 (second
(FIG.) is hermetically sealed by tube 143, which supports a longitudinal hole assembly for thermal access to and from outer radiation shield 116. Outer hole wall 144 and inner conduction tube 14 for the longitudinal hole
4' is formed by a tube of low thermal conductivity, such as stainless steel, and the inner contact tube 14
5 is welded along the periphery of the shield 116.
It consists of a thermally conductive tube joined to the outer shield 116 in the form of a coil of turns. The inner and outer walls 144' and 144 are connected to the end plug 1
44". Thermal coupling of refrigerator 140 to radiation shield 116 is achieved by inserting cold head 147 into cooling tube 145, as shown in more detail in FIG. It is done by doing.

コールド・ヘツド147は、取付用フランジ1
49と同軸状の細管150とを有するニツケル・
メツキされた黄銅又は銅の管体の一端を閉じた可
撓性ベローズ148から成る。冷凍機140から
の冷い冷媒は細管150を通つて流れ、細管15
0の外側に沿つてフランジ149の孔を通つて戻
る。ベローズのひだは大きい冷却面積を生じ、ま
たベローズのひだと冷却管146の内壁との間の
空間は、冷却管146とコールド・ヘツド147
との間の熱の伝達を容易にするために、90%メタ
ノール・10%水の混合液で満されている。
Cold head 147 has mounting flange 1
49 and a coaxial thin tube 150.
It consists of a flexible bellows 148 closed at one end of a plated brass or copper tube. Cold refrigerant from refrigerator 140 flows through capillary tube 150 and
along the outside of 0 and back through the hole in flange 149. The pleats of the bellows create a large cooling area, and the space between the pleats of the bellows and the inner wall of the cooling tube 146 provides a
Filled with a 90% methanol/10% water mixture to facilitate heat transfer between the tubes.

第4図は液体窒素充填及び通気管組立体152
の断面図である。望ましくはステンレス鋼の管材
で作られ壁厚が0.127mm(0.005″)の非熱伝導性の
中央充填管153が、約107.95mm(4 1/4″)の
距離にわたつて液体窒素容器114′の77〓とい
う温度と周囲温度との間に温度傾斜を作る。この
管は同心状の管154及び155によつて遮蔽さ
れ、それらの管はそれぞれ外側放射遮蔽体116
及び外囲容器118の液体窒素充填管遮蔽部分を
なしている。中央充填管153にろう付けされた
アルミニウム端部接触管156は強度を与えると
共に、更に容器114′及び外側遮蔽管155に
溶接するための表面を設ける。熱伝導性のカラー
157は、外側放射遮蔽体116から中央充填管
153の中を上つて流出する液体窒素への熱の伝
達が外側放射遮蔽体116を液体窒素の温度と周
囲温度との中間の所望の温度に維持するために充
分な大きさとなるような温度傾斜に沿つた点にお
いて、中央窒素充填管153と接触する。同様に
して、ヘリウム充填及び通気管130(第3図参
照)は熱伝達カラー158を通して液体窒素容器
114′に熱的に接合され、又管130の温度傾
斜に沿つた点において別の熱伝達カラー159が
外側放射遮蔽体116から蒸気流出管130への
熱伝達路を構成する。カラー159の熱的接触点
の温度は、窒素充填及び通気管153の上のカラ
ー157の熱的接触点の温度と事実上等しくなる
ように選ばれる。図には示されていない第2のヘ
リウム充填及び通気管130′が別の熱的接触点
を設定し、その詳細は図面に図示し上に説明した
ものと変らない。このようにして、冷凍機によつ
て行われる冷却の外に、前に説明され且つ前掲の
同日付の特許出願昭和54年特許願第18559号(特
公昭63−57733号)に記載されたような放射遮蔽
体112の冷却と全く同様にして、外側放射遮蔽
体116は蒸気冷却される。
FIG. 4 shows liquid nitrogen filling and venting tube assembly 152.
FIG. A non-thermally conductive central fill tube 153, preferably made of stainless steel tubing and having a wall thickness of 0.127 mm (0.005"), extends from the liquid nitrogen container 114' over a distance of approximately 4 1/4" (107.95 mm). A temperature gradient is created between the temperature of 77〓 and the ambient temperature. This tube is shielded by concentric tubes 154 and 155, each of which has an outer radiation shield 116.
and serves as a liquid nitrogen filling tube shielding portion of the outer container 118. An aluminum end contact tube 156 brazed to the central fill tube 153 provides strength and also provides a surface for welding to the container 114' and outer shield tube 155. Thermally conductive collar 157 ensures that the transfer of heat from outer radiation shield 116 to the liquid nitrogen flowing up into central fill tube 153 brings outer radiation shield 116 to a temperature intermediate between the temperature of the liquid nitrogen and the ambient temperature. Contact is made with the central nitrogen fill tube 153 at a point along the temperature gradient that is of sufficient magnitude to maintain the desired temperature. Similarly, helium fill and vent tube 130 (see FIG. 3) is thermally joined to liquid nitrogen container 114' through a heat transfer collar 158 and another heat transfer collar at points along the temperature gradient of tube 130. 159 constitutes a heat transfer path from the outer radiation shield 116 to the steam outlet tube 130. The temperature of the thermal contact point of collar 159 is chosen to be substantially equal to the temperature of the thermal contact point of collar 157 above nitrogen fill and vent tube 153. A second helium fill and vent tube 130', not shown in the figures, establishes another thermal contact point, the details of which are the same as shown in the figures and described above. In this way, in addition to the cooling provided by the refrigerator, as previously described and described in the above-mentioned patent application No. 18559 of 1973 (Japanese Patent Publication No. 63-57733), In much the same way as the outer radiation shield 112 is cooled, the outer radiation shield 116 is vapor cooled.

中央容器110、放射遮蔽体112、液体窒素
容器114′、シエル114、外側放射遮蔽体1
16及び外囲容器118は、望ましくは1100−0
合金である、アルミニウム合金から作られる。こ
の合金は周知であり、幾つかの製造業者から市販
品として求めることが出来る。上に記した部材が
ろくろ細工によつて形成された後、それぞれの部
材の隣り合わせに対面する内面は磨かれ、それか
らその表面の放射率を35%低下するような表示処
理加工を受ける。このようにして、放射による液
体ヘリウム中央容器への熱の伝達は著しく減少さ
れる。この放射率特性を変える技術は、本特許出
願人に譲渡された特願昭54−18562号(特開昭54
−128821号)に係る発明の要旨をなす。
Central container 110, radiation shield 112, liquid nitrogen container 114', shell 114, outer radiation shield 1
16 and the envelope 118 are preferably 1100-0.
Made from aluminum alloy, which is an alloy. This alloy is well known and can be obtained commercially from several manufacturers. After the parts described above have been formed by turning, the adjacent inner surfaces of each part are polished and then subjected to a marking treatment that reduces the emissivity of the surface by 35%. In this way, the transfer of heat to the liquid helium central container by radiation is significantly reduced. The technology for changing this emissivity characteristic is disclosed in Japanese Patent Application No. 54-18562 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 54-18562) assigned to the applicant of this patent.
-128821) constitutes the gist of the invention.

本発明により明らかにされたような低温槽の多
重構造は、種々のシエルの心合わせと、それらシ
エルの間の同軸状配置及び巾の狭い許容誤差を維
持するために、力学的内部支持体を必要とする。
室温からの出入路となる孔を形成する同軸状の管
111,113,115,117及び119が正
確に配置されることが重要である。或る構成部分
の熱的力学的仕様書の結果として力学的脆弱性の
基準が与えられるので、装置の船輸送の間多重構
造を拘束することが等しく重要である。隣接する
構造体を結合する力学的拘束を与えると、その結
果不可避的に熱伝達に対する伝導路を生ずるとい
う事は明らかであり、その結果極めて低い熱伝導
度を持つことが必要不可欠である。その上、必要
とする力学的拘束を与えるためには、高い強度が
必要不可欠である。低温槽の構成部分の配列につ
いて精度が要求されるにも拘らず、編組みされた
ポリエステル紐はこの目的のために理想的な材料
であることが解つた。
The multiple structure of the cryostat as disclosed by the present invention requires mechanical internal supports to maintain the alignment of the various shells and the coaxial arrangement and narrow width tolerances between the shells. I need.
It is important that the coaxial tubes 111, 113, 115, 117 and 119, which form the holes for entry and exit from room temperature, are accurately positioned. Because of the mechanical fragility criteria that result from the thermodynamic specifications of certain components, it is equally important to restrain multiple structures during shipping of equipment. It is clear that the mechanical restraints that bind adjacent structures inevitably result in conductive paths for heat transfer, and as a result it is essential that they have extremely low thermal conductivities. Moreover, high strength is essential to provide the necessary mechanical restraint. Braided polyester string has been found to be an ideal material for this purpose, despite the precision required in the alignment of the cryostat components.

再び第3図を参照すると、多重構造体110,
112,114,114′,116及び118の
中の隣り合わせの部材はポリエステル紐の心出し
用スポークによる拘束を受けていることが認めら
れるであろう。図を明瞭にするために、代表的な
スポーク160だけが詳細に図示されている。ス
ポーク自体は、編組みされたダクロン
(Dacron:商品名)であることが望ましいポリエ
ステルの紐で形成される。この材料の強度及び熱
伝導度のパラメータは周知であり、強度対熱伝導
度の従来知られた中で最高の比を示す。好都合な
一実施例で使用されたポリエステル材料は、米国
ノースカロライナ州ロツキー・マウントのロツキ
ー・マウント・コード・カンパニー(Rocky
Mount Cord Company)により#2コーセア
(Coreair)DBとして供給されたものである。ア
ルミニウム・スリーブ162によつてコードの上
に固定されて両端にループが形成される。このよ
うにして形成されたループの一方は隣り合わせの
シエルの対の一方の上に固有されたアイボルト1
64に固定され、他方のループは隣り合わせの他
方のシエルに溶接された柱体166と係合する。
これらのポリエステル・スポーク160は、孔3
の軸のまわりに例えば120゜というような等間隔で
配置される。
Referring again to FIG. 3, multiple structures 110,
It will be appreciated that adjacent members within 112, 114, 114', 116 and 118 are constrained by centering spokes of polyester string. For clarity of illustration, only representative spokes 160 are shown in detail. The spokes themselves are formed from polyester laces, preferably braided Dacron. The strength and thermal conductivity parameters of this material are well known and exhibit the highest ratio of strength to thermal conductivity known to date. The polyester material used in one preferred embodiment was manufactured by Rocky Mount Cord Company, Rocky Mount, North Carolina, USA.
Mount Cord Company as #2 Coreair DB. An aluminum sleeve 162 is secured over the cord to form loops at each end. One of the loops thus formed is attached to the eye bolt 1 on one of the pairs of adjacent shells.
64 and the other loop engages a post 166 welded to the other adjacent shell.
These polyester spokes 160
They are arranged at equal intervals, for example 120°, around the axis of .

隣り合わせの同軸状の孔の管体111−11
3,113−115,115−117及び117
−119の間の代表的な間隔は、上述の管対の中
で最も巾の広い間隔をあけたものと最も巾の狭い
間隔をあけたものに対して、4.52mm(0.178″)乃
至4.06mm(0.16″)の範囲内に入り、これらの孔の
管体を事実上0.76mm(0.03″)よりも良い精度で、
互に同軸状に且つソレノイド組立体50に対して
同軸状に維持することが望ましい。これは上述の
ポリエステルの紐によつて遂行されたが、またそ
の結果として室温における装置の船輸送特性の追
加の改善が得られた。液体ヘリウム−液体窒素の
温度範囲で動作状態に置かれるように適正な寸法
を与えられたステンレス鋼のスポークは、室温で
は可成り大きい引張り応力の下にある。本発明の
スポークに相当する熱伝導性を示すこのような剛
性のスポークは、衝撃や振動に起因する損傷を極
めて受け易いことが知られている。これとは反対
に、本発明のポリエステルの引張り負荷を掛けら
れたスポークは、船輸送の間に室温において或る
程度の伸張を示す。孔の管体はそれにより、横向
きの衝撃や振動を受ける時に接触することを許さ
れる。船輸送のためには、中心孔に嵌めこまれた
心棒が、衝突時における幾つかの同軸状孔の管体
の永久的変形を防止する。
Tube bodies 111-11 with adjacent coaxial holes
3, 113-115, 115-117 and 117
-119 is 4.52 mm (0.178") to 4.06 mm for the widest and narrowest spacing of the tube pairs described above. (0.16″) and the tubular body of these holes with an accuracy better than 0.76mm (0.03″),
It is desirable to remain coaxial with each other and with respect to the solenoid assembly 50. This was accomplished with the polyester string described above, but also resulted in an additional improvement in the shipping properties of the device at room temperature. Stainless steel spokes suitably dimensioned for operation in the liquid helium-liquid nitrogen temperature range are under considerable tensile stress at room temperature. Such rigid spokes exhibiting thermal conductivity comparable to the spokes of the present invention are known to be extremely susceptible to damage due to shock and vibration. In contrast, the polyester tensile loaded spokes of the present invention exhibit some elongation at room temperature during shipping. The bore tubes are thereby allowed to contact when subjected to lateral shocks or vibrations. For shipping, a mandrel fitted into the central bore prevents permanent deformation of the tube of several coaxial bores in the event of a collision.

液体ヘリウム温度から周囲温度までの範囲内に
おける本発明のスポーク材料の膨張係数の特性に
よつて、構成部分の正確な配置が容易となる。本
発明の結果として、約−25℃・までは正常なふる
まいを見せるこの材料の膨張係数は、温度が更に
低下されるにつれて異常に符号を変化し、その材
料は膨張する。それによりこの材料については極
めて低い差引きの熱膨張が得られる。
The properties of the coefficient of expansion of the spoke materials of the present invention in the range from liquid helium temperatures to ambient temperatures facilitate accurate positioning of the components. As a result of the present invention, the coefficient of expansion of this material, which behaves normally up to about -25 DEG C., abnormally changes sign and the material expands as the temperature is further lowered. This results in a very low net thermal expansion for this material.

上記実施例による低温槽は、冷却材の消費に関
して、従来のものに比して極めて著しい改良を行
う。例えば、従来の或る低温槽に対して測定され
た液体ヘリウムの沸騰蒸発速度は30c.c./hrに達す
るが、これに対して本発明の上記実施例は約6
c.c./hrという沸騰蒸発速度の測定値を示す。この
低い沸騰蒸発速度は本発明の中央容器110の幾
何学的形状と組合わさつて、約120日という、液
体ヘリウムの補給と補給との間に延長された平均
時間を与え、その時間内に約20.5リツトルの液体
ヘリウムが消費される。これに相当する特性の磁
石を有する超電導NMRスペクトロメータは8日
という間隔で液体ヘリウムの補給を必要とし、ま
た同じ120日間には約86.4リツトルの液体ヘリウ
ムを消費する。
The cryostat according to the embodiment described above provides a very significant improvement over the conventional one with respect to coolant consumption. For example, the boiling evaporation rate of liquid helium measured for some conventional cryostat reaches 30 c.c./hr, whereas the above-described embodiment of the present invention has a boiling evaporation rate of about 6 c.c./hr.
Measured boiling evaporation rate in cc/hr. This low boiling evaporation rate, combined with the geometry of the central vessel 110 of the present invention, provides an extended average time between replenishments of liquid helium of approximately 120 days, within which time approximately 20.5 liters of liquid helium are consumed. A superconducting NMR spectrometer with a magnet of comparable characteristics would require replenishment of liquid helium every eight days, and would consume about 86.4 liters of liquid helium over the same 120 days.

中央容器110の充填の間の時間の延長は、1
つには、中央容器110が事実上球形の形状を持
つことによつて達成される。本発明に依れば、中
央容器110は充分に厚い厚みのアルミニウムで
作られるので、中央容器の上端から下端までの温
度傾斜(充填及び通気管130及び130′から
伝導で流れる熱と遮蔽体112からの放射に起因
するもの)は、容器110がその中に含まれる液
体ヘリウムのレベルに拘りなく等温的になる程に
減少される。ソレノイドの動作時に有害作用を生
ずることなく、この容器中で液体ヘリウムのレベ
ルは超電導ソレノイドの上端より可成り下まで降
下することを許される事が解つた。約254mm
(10″)の長さを持つソレノイド組立体50は、ソ
レノイド組立体50の約178mm(7″)を露出して
容器110の中で液体ヘリウムのレベルが約76mm
まで低下した状態で、満足すべき動作を行つた。
The length of time between filling the central container 110 is 1
This is achieved in part by the fact that the central container 110 has a substantially spherical shape. In accordance with the present invention, the center container 110 is made of sufficiently thick aluminum so that the temperature gradient from the top to the bottom of the center container (heat flowing by conduction from the fill and vent tubes 130 and 130' and the shield 110) (attributable to radiation from) is reduced such that vessel 110 is isothermal regardless of the level of liquid helium contained therein. It has been found that the level of liquid helium in this vessel can be allowed to fall well below the top of the superconducting solenoid without causing any deleterious effects during operation of the solenoid. Approximately 254mm
(10") long solenoid assembly 50 exposes approximately 178 mm (7") of solenoid assembly 50 such that the level of liquid helium within vessel 110 is approximately 76 mm.
Satisfactory movements were performed in a state where the temperature had decreased.

液体窒素冷却材についても、消費速度が低下さ
れ、補給と補給の間の平均時間が延長される。液
体窒素の沸騰蒸発速度は、外側放射遮蔽体が173
−183〓.に冷却された状態で約20c.c./hrと測定
される。放射遮蔽体を冷却するという方法を使用
しないで周囲温度から絶縁された液体窒素容器の
場合には、液体窒素の沸騰蒸発速度は80c.c./hrま
で増大し、何ら遮蔽体が用いられない場合には
160c.c./hrまで増加する。上述の望ましい温度ま
で冷却された外側放射遮蔽体は放射による液体窒
素容器114′への熱の伝達を、遮蔽されない容
器と比較して約88%減少する。これは、『放射物
体によつて単位時間内に放射(又は吸収)される
エネルギーは放射する(又は吸収する)物体の絶
対温度及びその周囲の絶対温度の4乗の差に比例
する。』というステフアン・ボルツマンの放射の
法則の結果である。
The consumption rate of liquid nitrogen coolant is also reduced and the average time between refills is increased. The boiling evaporation rate of liquid nitrogen is 173
−183〓. It is measured to be about 20c.c./hr when cooled to . In the case of liquid nitrogen containers insulated from ambient temperature without the use of cooling radiation shields, the boiling evaporation rate of liquid nitrogen increases to 80 c.c./hr and no shielding is used. in case of
Increases to 160c.c./hr. An outer radiation shield cooled to the desired temperature described above reduces heat transfer by radiation to the liquid nitrogen container 114' by approximately 88% compared to an unshielded container. This means that the energy radiated (or absorbed) by a radiating object in a unit time is proportional to the difference between the absolute temperature of the radiating (or absorbing) object and the absolute temperature of its surroundings to the fourth power. This is the result of Stefan Boltzmann's law of radiation.

本発明の低温槽を特に、NMRスペクトロメー
タ用の液体窒素遮蔽されて液体ヘリウム冷却され
た超電導磁石を用いて説明した。ここに説明した
低温槽の設計への本発明の寄与は特定の応用や特
定の冷却材に限定されない。本発明の寄与は、
種々の低温現象に応用しその他の超電導装置に応
用するために使用される処の、低温槽に収容され
た装置に対して行われる。
The cryostat of the present invention was specifically illustrated using a liquid nitrogen shielded, liquid helium cooled superconducting magnet for an NMR spectrometer. The contribution of the present invention to the cryostat design described herein is not limited to any particular application or particular coolant. The contribution of the present invention is
It is performed on a device housed in a cryostat used for various low-temperature phenomena applications and other superconducting device applications.

上述の構成には多くの変更が行われ、一見甚だ
異るように見える本発明の多数の実施例がその発
明の範囲から外れることなく実施されるから、上
記の説明に含まれ添附図面に示された総ての事項
は例示的なものであつて限定的な意味を持たない
ものと解釈すべきである。
Since many modifications may be made to the arrangement described above, and numerous embodiments of the invention, which at first glance appear to be quite different, may be practiced without departing from the scope of the invention, it will be appreciated that many modifications may be made to the above-described arrangement, and that many embodiments of the invention, which at first glance may seem quite different, may be practiced without departing from the scope of the invention. All matters set forth above should be construed as illustrative only and not as limiting.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明を実施するNMRスペクトロメ
ータ装置の略図、第2図は第1図の実施例におけ
る低温槽の上面図、第3図は第2図の低温槽の縦
断面図、第4図は第2図の低温槽の線4−4に沿
つて画かれた断面詳細図、第5図は第2図の低温
槽の線5−5に沿つて画かれた断面詳細図であ
り、第6図は冷凍機へ熱的に連結するためのコー
ルド・ヘツドを示す。 50……超電導ソレノイド組立体、110……
中央液体ヘリウム容器、112……内側放射遮蔽
体、114……等温シエル、114′……液体窒
素容器、116……外側放射遮蔽体、118……
外囲容器。
Fig. 1 is a schematic diagram of an NMR spectrometer apparatus for carrying out the present invention, Fig. 2 is a top view of the cryostat in the embodiment of Fig. 1, Fig. 3 is a vertical cross-sectional view of the cryostat in Fig. 5 is a detailed cross-sectional view of the cryostat taken along line 4-4 of FIG. 2, and FIG. 5 is a detailed cross-sectional view of the cryostat taken along line 5-5 of FIG. FIG. 6 shows a cold head for thermal connection to a refrigerator. 50...Superconducting solenoid assembly, 110...
Central liquid helium container, 112... Inner radiation shield, 114... Isothermal shell, 114'... Liquid nitrogen container, 116... Outer radiation shield, 118...
outer container.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 室温出入口を構成する孔のまわりに密封さ
れ、充填通気管を通じて第1の液化ガスを入れる
ようにした中央容器と、 該中央容器を取り囲み、前記第1の液化ガスよ
り沸点の高い別の液化ガスの温度に保たれた遮蔽
機構と、 前記遮蔽機構の外表面から離された内表面を有
する、周囲温度に保たれた外囲容器とから成る低
温槽であつて、 更に、前記外囲容器の内表面と前記遮蔽機構の
外表面との間に配置された放射遮蔽体と、 前記遮蔽機構の温度と前記周囲温度との中間の
温度に前記放射遮蔽体を維持するため、外部冷凍
機及びそれに連通する熱伝達機構を有する冷凍機
構とを設け、 前記外囲容器が縦穴を有し、それを通して前記
熱伝達機構が前記放射遮蔽体との熱接触を維持す
ることを特徴とする低温槽。
[Scope of Claims] 1. A central container sealed around a hole constituting a room-temperature inlet/outlet, into which a first liquefied gas is introduced through a filling vent pipe; A cryostat comprising a shielding mechanism maintained at the temperature of another liquefied gas having a high boiling point, and an envelope maintained at ambient temperature having an inner surface spaced from an outer surface of the shielding mechanism, further comprising: a radiation shield disposed between an inner surface of the envelope and an outer surface of the shielding mechanism; and maintaining the radiation shield at a temperature intermediate between the temperature of the shielding mechanism and the ambient temperature. an external refrigerator and a refrigeration mechanism having a heat transfer mechanism communicating therewith, wherein the envelope has a vertical hole through which the heat transfer mechanism maintains thermal contact with the radiation shield. Characteristic low temperature chamber.
JP1855879A 1978-02-21 1979-02-21 Improvement of lowwtemperature vessel with external refrigerator for superconductive nmr spectrometer Granted JPS54126089A (en)

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FR2417734B1 (en) 1984-05-25
CA1103143A (en) 1981-06-16
FR2417734A1 (en) 1979-09-14
JPS54126089A (en) 1979-09-29

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