1GHz級NMR用加圧超流動ヘリウムクライオスタットの開発

−加圧超流動安全弁の入熱量と動作特性の評価−

神鋼 電子技術研究所 :伊藤 聡、林 征治、嶋田 雅生、川手 剛雄

金属材料技術研究所:佐藤 明男、三木 孝史、永井 秀雄、松本 文明、和田 仁

池上技術:野口 隆志

1. はじめに
 我々は、金属材料技術研究所殿の推進による 1GHz 級 NMR システムの開発計画1)に参画し、1.8K 加圧超流動ヘリウム冷却型クライオスタットの開発を進めている。加圧超流動ヘリウムクライオスタットは、加圧超流動ヘリウム(@1.8K)とその上部に配置されるノーマル液体ヘリウム槽(4.2K)、および両者を分離する断熱真空槽(セパレータ)によって構成される。そして、セパレータには、クエンチのための安全弁と初期注液のための供給弁が設置されるが、 これらの弁体と弁座の微小隙間を介した超流動ヘリウムによる熱伝導がクライオスタット (加圧超流動ヘリウム槽)とって支配的な入熱源となるため、弁閉時の高い密閉性が望ま れる一方、クエンチに対する安全確保のため、安全弁は実使用条件下での確実な動作が保証 されなけばならない。  このような背景から、安全弁の封止性に基づく熱特性および動作特性を実使用条件下で 測定することにより、実機詳細設計のためのデータ取得を行った。

2. 実験装置
 実験装置断面の概観を 図-1に示す。加圧 超流動ヘリウム槽と 4.2K ヘリウム槽を分離 するセパレータはGFRP 製であり、セパレー タに配置した安全弁と弁座は SUS304 製であ る。安全弁は、トップフランジに至るステムを介して、初動加重と変位を測定することが 可能である。加重計および変位計には、ひずみゲージ式変換器を用いた。

3. 実験結果  
 図-2に安全弁の初動加重測定結果を示す。予冷段階では、安全弁の初動加重(静止摩擦 力)は温度降下にしたがって増大するが、定 格温度である 1.8K では、初動加重は安全弁のバネ定数にほぼ等しくなることが判った。  また、安全弁を介した入熱量の測定により、弁体と弁座の隙間は、機械加工仕上げの ときに約 4μm に相当することがわかった。
  

[参考文献]
1)A.Sato,et.al,"DESIGN OF SUPERFLUID-COOLED CRYOSTAT FOR 1GHz NMRSPECTROMETER", Proc.of ICEC16, Kitakyusyu, JAPAN, 1996