JP4300317B2 - 磁化率の計測方法 - Google Patents
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Description
として確立されている。固体の場合の磁化率計測ではファラデー法(Faraday method)があるが、これは試料を正確な位置に固定する必要があり、実験が難しいという欠点がある。
1. 常磁性または反磁性の測定対象試料を、該試料を溶解せず、かつ、該試料と密度差のある常磁性または反磁性の液体(但し測定対象試料が反磁性の場合には液体は常磁性である)中に入れ、該測定対象試料及び該液体に印加する磁場を変化させて前記測定対象試料を液体中で浮遊もしくは沈降させ、前記試料が浮遊もしくは沈降するときの磁束密度を計測して磁気力を算出し、その値から測定対象試料の磁化率を計測する方法。
2. 測定対象試料が固体である請求項1に記載の方法。
3. 測定対象試料が反磁性であり、液体が常磁性である請求項1または2に記載の方法。
磁化率を算出する。
み合わせのどれかの場合が本方法による磁化率測定には好適である。
磁気力は互いに等大逆向きである。雰囲気液体が常磁性の場合は、測定は超伝導マグネットの中心より50〜120 mm上方(上方の磁気力最大点)で行われ、一方、雰囲気液体が反磁性の場合は、マグネット中心から50〜120 mm下方(下方の磁気力最大点)で測定を行う。測定位置に関しては、雰囲気液体の磁性が常磁性か反磁性かによってのみ決まり、測定対象試料の磁性には関係しない。また、本発明において試料の移動を観測する装置としては、測定対象試料の存在する位置において測定対象試料の浮上や沈降が検出可能なものであれば特に限定されず、例えば特開2004-053488に開示されている装置が好ましく例示され
る。超伝導マグネットの中心では磁気力が存在せず、中心から上下に離れ、磁束密度が場所的に不均一である場所で磁気力が発生するので、そのような場所で本発明を実行する。なお磁気力最大の位置は、実施に好ましい場所であるが、それ以外の場所でも磁気力が発生していれば本発明は実施できる。
しこの場合、雰囲気液体は油脂、溶融塩、あるいはイオン液体のような、測定対象試料と化学反応したり、溶融したりしない液体を用いる必要がある。
が成り立っている:
この場合、測定対象試料の密度が既知で未知数が磁化率のみの場合は、式(1)のみで磁
化率が求められる。一方、測定対象試料の密度、磁化率が共に不明の場合は、式(1)のみ
では解を求めることができないので、新たな式と連立させる必要がある。そこで測定対象試料の、(A)密度が既知で磁化率のみ不明な場合と、(B) 密度、磁化率が共に不明の場合
の磁化率の計測方法について説明する。
(A) 密度が既知で磁化率のみ不明な場合
例えば、雰囲気として塩化ガドリニウム水溶液0.605 mol/kgを使用すると、密度はρs=
1.157×103 kg/m3、磁化率はχs = 1.875×10-7 m3/kg である。使用した測定対象試料
は純度99.5%の工業用材料のアルミニウム片である。アルミニウムの密度はρAl = 2.69
×103 kg/m3で既知とする。(1)式を変形すると以下のようになる。
に付属の性能表からもとめたB▽Bは96.16 T2/m であった。(2)式からアルミニウム小片の磁化率を導出すると、χAl = 7.61×10-9 m3/kgとなった。一方、アルミニウムの磁化率
はχAl = 7.67×10-9 m3/kgであることは既に知られている。この結果から、アルミニウ
ムの磁化率は、とくに絶対値が小さくて求めにくいものの代表であるにも係わらず正しい符号で、かつ絶対値も1%以下の精度で測定可能であることが明らかになった。なお視覚的に浮上を確認することは明快であり、そのときの磁場の値も極めて精度よく決定できる。それに依存する本方法は精度の高い計測方法であるということができる。
(B)密度、磁化率が共に不明の場合
磁化率が未知の試料を、溶液濃度が異なる二種の溶液を雰囲気として磁気アルキメデス浮上を行い、浮上が起こる瞬間のB1, B2を測定する。B1▽B1, B2▽B2はマグネットの性能表から求められる。このとき溶液の磁化率と密度はそれぞれχs1, ρs1, χs2, ρs2と既知とする。すると未知数はχxとρxのみであるから以下の(3), (4)式の連立方程式で導出できる。
で浮上し、0.750mol/kgのときはB2=8.79 T で浮上が起こった。このときB1▽B1 = 414.88 T2/m, B2▽B2 = 322.48 T2/m であった。なお銅の密度と磁化率の文献値はρx = 8.93
×103kg/m3, χx = -1.081×10-9m3/kgである。
= 8.799×103kg/m3であった。参考値よりも磁化率が5.78 %、密度が -1.47%の誤差を含
んでいたが、満足な精度で測定できたことが判った。
濃度は0.303mol/kg, 0.480 mol/kgの塩化ガドリニウム水溶液とし、密度はρs1 = 1.077
×103kg/m3, ρs2 = 1.124×103kg/m3、磁化率はχs1 = 8.937×10-8m3/kg, χs2= 1.469×10-7m3/kgであった。カーボングラファイトは0.303mol/kg、0.480 mol/kgの塩化ガドリニウム水溶液においてB1=3.04 T, B2=2.64 T で浮上した。このときB1▽B1 = 38.57 T2/m、B2▽B2 = 29.09 T2/m であった。
なお、ここでは磁気力の印加で沈んでいた測定対象試料を浮かせる方法を使ったが、密度が小さく浮いていた試料を、下向きの磁気力印加で沈めることにより、同じように磁化率や密度を求めることも可能である。
Claims (3)
- 常磁性または反磁性の測定対象試料を、該試料を溶解せず、かつ、該試料と密度差のある常磁性または反磁性の液体(但し測定対象試料が反磁性の場合には液体は常磁性である)中に入れ、該測定対象試料及び該液体に印加する磁場を変化させて前記測定対象試料を液体中で浮遊もしくは沈降させ、前記試料が浮遊もしくは沈降するときの磁束密度を計測して磁気力を算出し、その値から測定対象試料の磁化率を計測する方法。
- 測定対象試料が固体である請求項1に記載の方法。
- 測定対象試料が反磁性であり、液体が常磁性である請求項1または2に記載の方法。
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