JPH0666905A

JPH0666905A - 超電導磁気干渉計

Info

Publication number: JPH0666905A
Application number: JP4222417A
Authority: JP
Inventors: Hironori Matsuba; 博則松葉; Kumiko Imai; 久美子今井
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1992-08-21
Filing date: 1992-08-21
Publication date: 1994-03-11

Abstract

(57)【要約】【目的】超電導磁気干渉計のピックアップコイルと超
電導結合コイルとの結合を容易にする。【構成】磁束を検出する磁束検出部２０と、少なくと
も一部が高温超電導体製で、磁束を取り込むためのピッ
クアップコイル２２およびこの取り込んだ磁束を磁束検
出部２０に伝える超電導結合コイル２４とからなるフラ
ックストランス２１を備えた超電導磁気干渉計におい
て、磁気的に結合された磁束結合部２３の２つのコイル
２３ａ，２３ｂのうち、第１コイル２３ａとピックアッ
プコイル２２を接続させて一体的に構成し、また第２コ
イル２３ｂと超電導結合コイル２４を接続させて一体的
に構成する。そして、ピックアップコイル２２と超電導
結合コイル２４とを別々の製法で作製可能にして、ピッ
クアップコイル２２で取り込んだ磁束を、磁束結合部２
３を介して磁束検出部２０に伝える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温超電導体を用いて
磁気検出を行う超電導磁気干渉計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ジョセフソン効果を利用した
超電導磁気干渉計（以下、「SQUID 」という。）は、磁
気検出感度が非常に高く、広い用途に用いられている。
上記SQUID は、例えば図７に示すように、ジョセフソン
接合を有する超電導リングからなる磁束検出部１０と、
フラックストランス１１とによって構成されている。フ
ラックストランス１１は、測定場所の磁場を検出するピ
ックアップコイル１２と、ピックアップコイル１２で検
出した磁場に対する磁束を上記磁束検出部１０に伝える
超電導結合コイル１３と、上記ピックアップコイル１２
と超電導結合コイル１３とを繋ぐ超電導リード線１４と
から構成される。

【０００３】また、上記フラックストランス１１を高温
超電導体で作製する場合には、高温超電導体は、そのコ
ヒーレント長が１nmと非常に小さく、ニオブ等の金属超
電導体のように、接触や半田付けで超電導の接続ができ
ないので、ピックアップコイル１２から超電導結合コイ
ル１３までを一体に成形するか、或いは接続部分を改め
て同種の高温超電導体を燒結する等の方法で再構成する
必要がある。

【０００４】しかしながら、上記SQUID では、ピックア
ップコイル１２は数cm以上の大きさを持つうえ、平面で
はなく立体的構造である。超電導リード線１４の長さも
数十cmにも及ぶ。このため、これらは超電導体の線材を
用いて作ることが一般的である。一方、超電導結合コイ
ル１３は、0.1mm 程度の直径の多重巻き線を平面に作る
必要から、スパッタ等の方法で作られた薄膜をエッチン
グすることにより作製される。このように、ピックアッ
プコイル１２と超電導結合コイル１３とは、作製方法が
異なるため、一体では作ることができない。

【０００５】そこで、この両者１２，１３を接続させる
ため、構造の複雑な部分を熱により破壊されることのな
いような材料で構成する必要があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、熱に強い材
料で構造の複雑な部分を構成することは、実際には難し
く、このことは高温超電導体を用いたSQUID の実現を困
難にしていた。本発明は、上記実情に鑑みなされたもの
で、ピックアップコイル１２と超電導結合コイル１３と
を容易に磁気的に結合できる超電導磁気干渉計を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のSQUID では、フラックストランスのピック
アップコイルと結合コイルとの間に磁気的に結合された
相互誘導コイルからなる磁束結合部を設けた。相互誘導
コイルを、順方向に巻かれた部分と逆方向に巻かれた部
分とを有するコイルを用いて構成すると、後述する作用
効果が得られる。

【０００８】前記順方向に巻かれた部分と逆方向に巻か
れた部分とを有するコイルとしては、リングを１回ひね
った８の字状のものや、リングを複数回ひねって形成し
たものを例示できる。また、前記順方向に巻かれた部分
と逆方向に巻かれた部分は、各々の面積と巻き数との積
が互いに等しくなるように形成されていることが望まし
い。

【０００９】この発明の超電導磁気干渉計を用いた測定
装置は、ピックアップコイル側の部分と磁束検出部側の
部分とを異なる温度で冷却する構成とすることが望まし
い。この場合、磁束検出部側をピックアップコイル側よ
りも低温とすると良い。例えば磁束検出部側を液体ヘリ
ウムにより、ピックアップコイル側を液体窒素によって
冷却すると良い。この際、液体ヘリウムを入れた槽を、
液体窒素を入れた槽の中に配置すると、冷媒の使用量を
節減できる。両冷媒を仕切る壁を相互誘導コイルをなす
第１コイルと第２コイルの間に配すると、この仕切壁に
干渉計を貫通させる必要がない利点がある。この場合、
相互誘導コイルの第１コイルとピックアップコイルは液
体窒素により、誘導コイルの第２コイルと結合コイルと
磁束検出部とは液体ヘリウムによって冷却する。なお、
結合コイルと磁束検出部との間に仕切壁を配することも
できる。

【００１０】この超電導磁気干渉計を作製する際には、
相互誘導コイルの第１コイルからピックアップコイルま
でを一体に形成し、燒結しアニールすることにより作成
すると良い。この部分は、線材を用いて形成することも
できるが、粉末成形法によって形成することもできる。
また、相互誘導コイルの第２コイルから結合コイルまで
も一体で形成し燒結、アニールすることによって製作す
ると良い。この部分は、薄膜形成技術を応用して製作で
きる。

【００１１】

【作用】この発明の超電導磁気干渉計においては、ピッ
クアップコイルと相互誘導コイルの一方のコイルを接続
させて一体的に構成し、また結合コイルと相互誘導コイ
ルの他方のコイルを接続させて一体的に構成し、上記ピ
ックアップコイルで検出された磁束が、相互誘導コイル
を介して結合コイルに伝えられる。

【００１２】従って、ピックアップコイルと結合コイル
とはそれぞれ別々の製法で作製することができ、これら
を直接結合する必要がなくなる。また請求項２の超電導
磁気干渉計においては、相互誘導コイルが、順方向に巻
かれた部分とこれと逆方向に巻かれた部分とを有するコ
イルによって構成されているので、外部磁場が相互誘導
コイルの部分に加わったときに生じる遮蔽電流が、順方
向に巻かれた部分と逆方向に巻かれた部分とでは互いに
逆向きに生じて、互いに打ち消し合う。

【００１３】

【実施例】本発明に係る実施例を図１乃至図６の図面に
基づき説明する。（実施例１）〈構成の説明〉図１及び図２は、本発明に係るSQUID の
第１の例を示す構成図である。図において、上記SQUID
は、ピックアップコイル２２、磁束結合部２３および超
電導結合コイル２４を備えたフラックストランス２１
と、磁束検出部２０とから構成されている。

【００１４】磁束結合部２３は、２つのコイル、すなわ
ち第１コイル２３ａと第２コイル２３ｂとから構成され
ている。これらコイル２３ａ，２３ｂは、同一形状で、
かつ、互いに重ね合わされ、磁気的に密に結合されて、
相互誘導を行う。図３(a) に示すように、測定場所の磁
場を検出するピックアップコイル２２と、磁束結合部２
３の第１コイル２３ａと、これらコイル２２と２３ａを
繋ぐリード線２５は、Ｂi₂Ｓr₂Ｃa₁Ｃu₂Ｏ₈などの酸化
物超電導体の原料を銀の細線上にコーティングし、つい
で燒結し、アニールすることにより作成した高温超電導
体線によって一体的に構成されている。前記第１コイル
２３ａは、平板２７上に接着されている。

【００１５】また、図３(b) に示すように、磁束結合部
２３の第２コイル２３ｂと、超電導結合コイル２４と、
これらコイル２３ｂと２４を繋ぐリード線２６は、平面
２８上に構成されている。これら第２コイル２３ｂ、超
電導結合コイル２４およびリード線２６は、スパッタ法
等で平面２８上に薄膜を形成し、これをエッチングし、
ついでアニールすることにより一体に形成されている。

【００１６】前記磁束検出部２０には、２個のジョセフ
ソン素子を含むDC SQUIDが用いられている。この磁束検
出部２０は、図３(c) に示すように、平板２９上に形成
されている。上記平面２８上に構成されている超電導結
合コイル２４と平板２９上に構成される磁束検出部２０
は、互いに重ね合わされ磁気的に密に結合されている。

【００１７】そして、上記磁束結合部２３、リード線２
６、超電導結合コイル２４、磁束検出部２０には、外部
磁場の直接的な影響を低減するために、超電導シールド
３０が施されている。この実施例のSQUID は、上記各構
成部を液体ヘリウムによって冷却して動作される。〈作用効果の説明〉このような構成を有する実施例１の
SQUID においては、ピックアップコイル２２に取り込ま
れた測定場所の外部磁場が、リード線２５及び磁束結合
部２３の第１コイル２３ａを介し、薄膜で構成された第
２コイル２３ｂに伝えられ、この磁場に対する磁束は、
超電導結合コイル２４を介して磁束検出部２０で検出さ
れて、磁気検出が可能になる。

【００１８】本実施例のSQUID では、ピックアップコイ
ル２２と結合コイル２４との間に相互誘導する第１コイ
ル２３ａと第２コイル２３ｂとからなる磁束結合部２３
が設けられているので、磁束結合部２３の第１コイル２
３ａと第２コイル２３ｂとを異なる手段で作成しても、
これらを重なるように位置させるだけで、ピックアップ
コイル２２から結合コイル２４へ磁束を伝達できる。

【００１９】従って、本実施例のSQUID によれば、ピッ
クアップコイル２２から結合コイル２４までを構造的に
一体化する必要がなくなり、酸化物超電導体等の高温超
電導体を用いたSQUID を実現できる。（実施例２）〈構成の説明〉図４は、本発明に係るSQUID の第２の例
を示す構成図である。図において、図１及び図２と異な
る部分は、同一形状の磁束結合部２３の第１コイル２３
ａ及び第２コイル２２ｂが、熱絶縁層３１を介在して互
いに重ね合わされ、磁気的に密に結合されている点であ
る。

【００２０】また、本実施例のSQUID では、図４中、磁
束検出部２０から磁束結合部２３の第２コイル２３ｂま
での部分が液体ヘリウムを入れた内槽４０内に配置さ
れ、磁束結合部２３の第１コイル２３ａからピックアッ
プコイル２２の部分が液体窒素を入れた外槽４１内に配
置されている。〈作用効果の説明〉本実施例２のSQUID によれば、前記
実施例１のものと同様の作用効果が得られる。

【００２１】さらに、本実施例のSQUID では、磁束検出
部２０側を液体ヘリウムを入れた内槽４０により、ピッ
クアップコイル２２側を液体窒素を入れた外槽４１によ
って冷却したので、液体ヘリウムの損失が外槽４１の液
体窒素により防止される。また液体窒素自体は、液体ヘ
リウムに比べて熱容量が大きいので、損失が少ない。従
って、本実施例のSQUID によれば、液体窒素及び液体ヘ
リウムの損失量が削減され、冷媒の保持時間をより長時
間にすることができる。（実施例３）〈構成の説明〉図５は、本発明に係るSQUID の各部の構
成の他の実施例を示す構成図である。なお、図５におい
て図３と同様の構成部分は、説明の都合上、同一符号と
する。また、磁束検出部２０は、図３(c) と同様の構成
なので、ここでは説明を省略する。

【００２２】本実施例のSQUID が、図３に示した実施例
２のものとは、図５(a) ，(b) に示すように、磁束結合
部２３の第１コイル２３ａ及び第２コイル２３ｂに、８
の字形のものを用いた点が異なる。すなわち、第１コイ
ル２３ａは、順方向に巻かれた部分（以下、順巻き部）
５０とこれに対して逆方向に巻かれた部分（以下、逆巻
き部）５１とによって形成されている。これら順巻き部
５０と逆巻き部５１とは、互いに面積が等しくなるよう
に形成されている。

【００２３】また第２コイル２３ｂも同様に、順巻き部
５３と逆巻き部５４とによって構成されている。〈作用効果の説明〉このような構成を有する本実施例の
SQUID によれば、磁束結合部２３に外部磁場が印加され
たときに、順巻き部５０，５３に生じる遮蔽電流と逆巻
き部５１，５４に生じる遮蔽電流とが互いに逆向きなの
で、互いに相殺し合う。従って本実施例のSQUID によれ
ば、磁束結合部２３に加わる外部磁場による雑音を解消
できる。

【００２４】これに対し、ピックアップコイル２２で取
り込まれた磁束によって生じた電流が第１コイル２３ａ
に伝わると、図５(a) に示すように、順巻き部５０と逆
巻き部５１とでは逆向きの磁束が生じ、これに応じて第
２コイル２３ｂの順巻き部５３と逆巻き部５４とに逆向
きに誘導電流が生じる。この結果、第２コイル２３ｂの
順巻き部５３と逆巻き部５４とに発生した誘導電流は、
互いに打ち消されることなく結合コイル２４へ伝達され
る。

【００２５】本実施例のSQUID を冷却してピックアップ
コイル２２に外部磁場を印加したところ、磁束検出部２
０によってこれを検出することができた。また、磁束結
合部２３に外部磁場を印加しても、この磁場は検出され
なかった。なお、本実施例では、順巻き部５０（５
３）、逆巻き部５１（５４）とを互いに等しい面積とな
るように形成したが、これら順巻き部５０（５３）と逆
巻き部５１（５４）とは異なる面積であっても良い、こ
の場合は各部の面積と巻き数の積を互いに等しくなるよ
うにする。

【００２６】さらに、本実施例では、順巻き部５０（５
３）と逆巻き部５１（５４）を各々円形に形成したが、
これらの形状は図６に示すように円形以外の形状であっ
ても良い。

【００２７】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明では、フ
ラックストランスのピックアップコイルと結合コイルと
の間に磁気的に結合された相互誘導コイルからなる磁束
結合部を設けたので、ピックアップコイルから結合コイ
ルまでを一体に作らなくてもピックアップコイルと結合
コイルとを容易に磁気的に結合できる。従って本発明に
よれば、酸化物超電導体等の高温超電導体を用いてもSQ
UID を容易に製造できる。

【００２８】また、請求項２のSQUID では、相互誘導コ
イルに外部磁場が印加されたときに、順巻き部と逆巻き
部とに互いに逆向きの遮蔽電流が発生し、互いに相殺し
合う。従って、請求項２のSQUID によれば、相互誘導コ
イルに加わる外部磁場による雑音を解消できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超電導磁気干渉計の第１の例の上
面を示す構成図である。

【図２】本発明に係る超電導磁気干渉計の第１の例の側
面を示す構成図である。

【図３】本発明に係る超電導磁気干渉計の各部の構成の
一実施例を示す構成図である。

【図４】本発明に係る超電導磁気干渉計の第２の例を示
す構成図である。

【図５】本発明に係る超電導磁気干渉計の各部の構成の
他の実施例を示す構成図である。

【図６】図５に示した第２コイルの他の形状を示す図で
ある。

【図７】従来の超電導磁気干渉計の一例を示す構成図で
ある。

【符号の説明】

２０磁束検出部２１フラックストランス２２ピックアップコイル２３磁束結合部２３ａ第１コイル２３ｂ第２コイル２４超電導結合コイル２５，２６リード線２７〜２９平板３０超電導シールド３１熱絶縁層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁束を検出する磁束検出部と、少なくと
も一部が高温超電導体製で、磁束を取り込むためのピッ
クアップコイルおよびこのピックアップコイルで取り込
んだ磁束を前記磁束検出部に伝える結合コイルからなる
フラックストランスを備えた超電導磁気干渉計におい
て、前記フラックストランスは、前記ピックアップコイルと
結合コイルとの間に磁気的に結合された相互誘導コイル
からなる磁束結合部が設けられたものであることを特徴
とする超電導磁気干渉計。
【請求項２】前記相互誘導コイルは、順方向に巻かれ
た部分と、これと逆方向に巻かれた部分とを有するコイ
ルで構成されていることを特徴とする請求項１記載の超
電導磁気干渉計。