(57)【要約】【課題】水中等の密閉環境下で超伝導磁気干渉計を使用して磁気を測定する際の安全性を向上させることができるようにする。【解決手段】磁気測定装置Ｔは、内側と外側との間で熱が移動することを抑制する内側容器２と、内側容器２に収容された超伝導量子干渉計素子３１と、超伝導量子干渉計素子３１を冷却する液体冷却剤Ｌと、液体冷却剤Ｌが発する冷熱を蓄積する蓄熱体２５と、超伝導量子干渉計素子３１が検出した磁気を測定する測定部９１と、を有し、超伝導量子干渉計素子３１は、動作時に液体冷却剤Ｌに浸漬されるように設置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側と外側との間で熱が移動することを抑制する内側容器と、
前記内側容器に収容された超伝導量子干渉計素子と、
前記超伝導量子干渉計素子を冷却する液体冷却剤と、
前記液体冷却剤が発する冷熱を蓄積する蓄熱体と、
前記超伝導量子干渉計素子が検出した磁気を測定する測定部と、
を有し、
前記超伝導量子干渉計素子は、動作時に前記液体冷却剤に浸漬されるように設置されていることを特徴とする磁気測定装置。
【請求項２】
前記蓄熱体は、凹形状の収容部を有し、
前記超伝導量子干渉計素子は、前記収容部に収容されていることを特徴とする、
請求項１に記載の磁気測定装置。
【請求項３】
前記収容部の底には、前記蓄熱体を貫通する穴が形成されていることを特徴とする、
請求項２に記載の磁気測定装置。
【請求項４】
前記蓄熱体は、
第１蓄熱体と、
前記収容部の下方において前記第１蓄熱体と結合する第２蓄熱体と、
を有することを特徴とする、
請求項２又は３に記載の磁気測定装置。
【請求項５】
前記液体冷却剤は液体窒素であり、
前記蓄熱体は、シリコン又は石英ガラスを含むことを特徴とする、
請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気測定装置。
【請求項６】
前記液体冷却剤が気化した気体冷却剤を冷却して液化させる冷却部と、
前記測定部が磁気を測定するタイミングに基づいて前記冷却部を作動させる制御部と、
をさらに有することを特徴とする、
請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気測定装置。
【請求項７】
前記超伝導量子干渉計素子の温度を検出する温度検出部をさらに有し、
前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度が所定の温度以上であり、かつ前記測定部が磁気を測定するタイミングでない場合に前記冷却部を作動させることを特徴とする、
請求項６に記載の磁気測定装置。
【請求項８】
前記制御部は、磁気を発生させる磁場発生装置から受信した、前記磁場発生装置が磁気を発生させるタイミングを示す間欠的な磁場発生信号に基づいて、前記測定部が磁気を測定するタイミングを特定し、特定したタイミングに基づいて前記冷却部を間欠的に作動させることを特徴とする、
請求項６又は７に記載の磁気測定装置。
【請求項９】
前記内側容器を収容する外側容器をさらに有し、
前記内側容器には、前記液体冷却剤が気化した気体冷却剤を前記外側容器との間で連通させるための穴が形成されていることを特徴とする、
請求項１から８のいずれか一項に記載の磁気測定装置。
【請求項１０】
前記蓄熱体の外側面と前記内側容器の内側面との間に設けられており、前記液体冷却剤が気化する際に生じる振動を吸収する振動吸収材をさらに有することを特徴とする、
請求項１から９のいずれか一項に記載の磁気測定装置。
【請求項１１】
超伝導量子干渉計素子を冷却する冷却装置であって、
内側と外側との間で熱が移動することを抑制する内側容器と、
前記内側容器に収容された超伝導量子干渉計素子を冷却する液体冷却剤と、
前記液体冷却剤が発する冷熱を蓄積する蓄熱体と、
動作時に前記液体冷却剤に浸漬されるように前記超伝導量子干渉計素子を固定する固定部と、
を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項１２】
磁場を発生する磁場発生装置と、前記磁場発生装置が発生した磁場を測定する磁気測定装置と、前記磁場発生装置及び前記磁気測定装置を制御するシステム制御装置とを備える磁気探査システムであって、
前記システム制御装置は、前記磁場発生装置が磁場を発生するタイミングを示す磁場発生信号を生成し、
前記磁場発生装置は、前記磁場発生信号に基づいて磁場を発生する磁場発生部を有し、
前記磁気測定装置は、
内側と外側との間で熱が移動することを抑制する内側容器と、
前記内側容器に収容された超伝導量子干渉計素子と、
前記超伝導量子干渉計素子を冷却する液体冷却剤と、
前記液体冷却剤が発する冷熱を蓄積する蓄熱体と、
前記磁場発生信号に基づいて、前記超伝導量子干渉計素子が検出した磁気を測定する測定部と、
を有し、
前記超伝導量子干渉計素子は、動作時に前記液体冷却剤に浸漬されるように設置されていることを特徴とする磁気探査システム。
【請求項１３】
前記磁気測定装置は、
前記液体冷却剤が気化した気体冷却剤を冷却して液化させる冷却部と、
前記磁場発生信号に基づいて、前記測定部が磁気を測定しないタイミングで前記冷却部を作動させる制御部と、
をさらに有することを特徴とする、
請求項１２に記載の磁気探査システム。
【請求項１４】
前記磁場発生装置は、前記磁場発生信号に同期して前記磁場発生部に通電する通電期間と、前記磁場発生部に通電しない非通電期間とを切り替え、
前記システム制御装置は、前記磁場発生装置が前記通電期間から前記非通電期間に切り替わるタイミングを予告する予告信号をさらに生成し、
前記制御部は、前記予告信号に基づいて前記冷却部の作動を停止させることを特徴とする、
請求項１３に記載の磁気探査システム。
【請求項１５】
前記磁気測定装置を作動する電力を蓄電する蓄電部と、
前記蓄電部の蓄電量を計測する蓄電量計測部と、
をさらに有し、
前記制御部は、前記蓄電量計測部で計測された蓄電量が所定の第１下限値未満であり、かつ前記測定部が磁気を測定しないタイミングで前記蓄電部に蓄電させることを特徴とする、
請求項１３又は１４に記載の磁気探査システム。
【請求項１６】
前記蓄電部は、第１蓄電部と第２蓄電部を有し、
前記制御部は、前記蓄電量計測部で計測された前記第２蓄電部の蓄電量が前記所定の第１下限値よりも小さい所定の第２下限値未満である場合は、前記測定部が磁気を測定するタイミングであっても前記第２蓄電部に蓄電させることを特徴とする、
請求項１５に記載の磁気探査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気測定装置、冷却装置、及び磁気探査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、石油・天然ガスの観測井又は海底に設置する超伝導量子干渉計素子（ＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ）素子）を利用した磁気測定装置が利用されている。磁気測定は、ループコイル等で発生させた磁場の変化を利用して、地下又は海中の抵抗構造を探査する測定手法であり、海水面下又は地下の比抵抗分布を測定する手法として広く使用されている。特許文献１には、地下数十ｍ程度の範囲にある金属鉱物探査に用いるシステムで、磁気センサとして超伝導量子干渉計（以下、ＳＱＵＩＤという場合がある）を使用する磁気測定システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２７２２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＳＱＵＩＤは、その高い感度と広い観測帯域により多くの情報を得ることができるが、低温でないと動作しないため、常圧環境下では液体窒素又は液体ヘリウムの温度に冷却する必要がある。液体窒素が、密閉された耐圧容器中に設置された真空断熱容器（以下、デュワーという）に収容されて用いられる場合、冷凍機の故障やデュワーの破損等で内部の液体窒素がすべて蒸発する場合がある。この場合、液体窒素が充填されたデュワーが破損すれば、密閉された耐圧容器内の圧力が上昇し、容器の破裂等の事故が生じる恐れがある。また、磁気測定が観測井で行われる場合、液体窒素の急激な体積膨張はウェルヘッドの破損等につながるという問題が生じていた。
【０００５】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、水中等の密閉環境下で超伝導磁気干渉計を使用して磁気を測定する際の安全性を向上させることができる磁気測定装置、冷却装置、及び磁気探査システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様においては、内側と外側との間で熱が移動することを抑制する内側容器と、前記内側容器に収容された超伝導量子干渉計素子と、前記超伝導量子干渉計素子を冷却する液体冷却剤と、前記液体冷却剤が発する冷熱を蓄積する蓄熱体と、前記超伝導量子干渉計素子が検出した磁気を測定する測定部と、を有し、前記超伝導量子干渉計素子は、動作時に前記液体冷却剤に浸漬されるように設置されていることを特徴とする磁気測定装置を提供する。
【０００７】
また、前記蓄熱体は、凹形状の収容部を有し、前記超伝導量子干渉計素子は、前記収容部に収容されていてもよい。また、前記収容部の底には、前記蓄熱体を貫通する穴が形成されていてもよい。
【０００８】
また、前記蓄熱体は、第１蓄熱体と、前記収容部の下方において前記第１蓄熱体と結合する第２蓄熱体と、を有していてもよい。また、前記液体冷却剤は液体窒素であり、前記蓄熱体は、シリコン又は石英ガラスを含んでいてもよい。
【０００９】
また、前記液体冷却剤が気化した気体冷却剤を冷却して液化させる冷却部と、前記測定部が磁気を測定するタイミングに基づいて前記冷却部を作動させる制御部と、をさらに有していてもよい。
【００１０】
また、前記超伝導量子干渉計素子の温度を検出する温度検出部をさらに有し、前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度が所定の温度以上であり、かつ前記測定部が磁気を測定するタイミングでない場合に前記冷却部を作動させてもよい。
【００１１】
また、前記制御部は、磁気を発生させる磁場発生装置から受信した、前記磁場発生装置が磁気を発生させるタイミングを示す間欠的な磁場発生信号に基づいて、前記測定部が磁気を測定するタイミングを特定し、特定したタイミングに基づいて前記冷却部を間欠的に作動させてもよい。
【００１２】
また、前記内側容器を収容する外側容器をさらに有し、前記内側容器には、前記液体冷却剤が気化した気体冷却剤を前記外側容器との間で連通させるための穴が形成されていてもよい。
【００１３】
また、前記蓄熱体の外側面と前記内側容器の内側面との間に設けられており、前記液体冷却剤が気化する際に生じる振動を吸収する振動吸収材をさらに有していてもよい。
【００１４】
本発明の第２の態様においては、超伝導量子干渉計素子を冷却する冷却装置であって、内側と外側との間で熱が移動することを抑制する内側容器と、前記内側容器に収容された超伝導量子干渉計素子を冷却する液体冷却剤と、前記液体冷却剤が発する冷熱を蓄積する蓄熱体と、動作時に前記液体冷却剤に浸漬されるように前記超伝導量子干渉計素子を固定する固定部と、を有することを特徴とする冷却装置を提供する。
【００１５】
本発明の第３の態様においては、磁場を発生する磁場発生装置と、前記磁場発生装置が発生した磁場を測定する磁気測定装置と、前記磁場発生装置及び前記磁気測定装置を制御するシステム制御装置とを備える磁気探査システムであって、前記システム制御装置は、前記磁場発生装置が磁場を発生するタイミングを示す磁場発生信号を生成し、前記磁場発生装置は、前記磁場発生信号に基づいて磁場を発生する磁場発生部を有し、前記磁気測定装置は、内側と外側との間で熱が移動することを抑制する内側容器と、前記内側容器に収容された超伝導量子干渉計素子と、前記超伝導量子干渉計素子を冷却する液体冷却剤と、前記液体冷却剤が発する冷熱を蓄積する蓄熱体と、前記磁場発生信号に基づいて、前記超伝導量子干渉計素子が検出した磁気を測定する測定部と、を有し、前記超伝導量子干渉計素子は、動作時に前記液体冷却剤に浸漬されるように設置されていることを特徴とする磁気探査システムを提供する。
【００１６】
また、前記磁気測定装置は、前記液体冷却剤が気化した気体冷却剤を冷却して液化させる冷却部と、前記磁場発生信号に基づいて、前記測定部が磁気を測定しないタイミングで前記冷却部を作動させる制御部と、をさらに有していてもよい。
【００１７】
また、前記磁場発生装置は、前記磁場発生信号に同期して前記磁場発生部に通電する通電期間と、前記磁場発生部に通電しない非通電期間とを切り替え、前記システム制御装置は、前記磁場発生装置が前記通電期間から前記非通電期間に切り替わるタイミングを予告する予告信号をさらに生成し、前記制御部は、前記予告信号に基づいて前記冷却部の作動を停止させてもよい。
【００１８】
また、前記磁気測定装置を作動する電力を蓄電する蓄電部と、前記蓄電部の蓄電量を計測する蓄電量計測部と、をさらに有し、前記制御部は、前記蓄電量計測部で計測された蓄電量が所定の第１下限値未満であり、かつ前記測定部が磁気を測定しないタイミングで前記蓄電部に蓄電させてもよい。
【００１９】
また、前記蓄電部は、第１蓄電部と第２蓄電部を有し、前記制御部は、前記蓄電量計測部で計測された前記第２蓄電部の蓄電量が前記所定の第１下限値よりも小さい所定の第２下限値未満である場合は、前記測定部が磁気を測定するタイミングであっても前記第２蓄電部に蓄電させてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、密閉環境下で超伝導磁気干渉計を用いて磁気を測定する際の安全性を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る磁気測定装置を有する磁気探査システムの構造を示す。
【図２】本実施形態に係る磁気測定装置の構造を示す。
【図３】制御部の冷却制御フローを示す。
【図４】制御部の蓄電制御フローを示す。
【図５】システム制御装置の制御フローを示す。
【図６】制御信号の一例を示す。
【図７】蓄熱体の変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［磁気探査システムＳの概要］
電磁探査手法は、海底資源の探査への適用が期待されている。例えば、海底に設置されたケーブルに矩形波状の電流を通電し、ここから離れた海底に設置された磁気センサで応答を見ることで、海底下又は海中の抵抗値分布を推定することが可能になる。また、他の用途として、生産に伴い圧力が減少した油田に対して二炭化炭素や界面活性剤を含有する水等の圧入流体を圧入し、油層中に残された原油分を回収する増進回収における圧入流体のモニタリング、及び産業活動において生成する二酸化炭素の地下貯留における二酸化炭素の挙動監視などが挙げられる。
【００２３】
これらの用途では、磁気を測定する対象とする地層が地下１０００〜３０００ｍと深いため、磁気を測定する対象とする地層の近傍に磁気センサを設置することが好ましい。この場合、磁気を測定する対象とする地層まで掘削された観測用の坑井にセンサを設置することが求められる。これらの観測用の坑井は、坑井壁が周囲の地盤からの圧力に抗するため、水系の坑井内流体が充填されている。したがって、密閉された耐圧容器内に磁気センサを収め、観測用の坑井の坑口から定められた深度まで磁気センサを吊下する必要がある。
【００２４】
磁気センサとしてＳＱＵＩＤを使用する場合、ＳＱＵＩＤを低温に維持する必要がある。そこで、ＳＱＵＩＤを使用するには、例えば、耐圧容器にＳＱＵＩＤとともに液体窒素又は液体ヘリウム等の冷却剤を収容させる必要がある。以下、このような冷却剤を収容可能な耐圧容器を備える磁気測定装置Ｔを有する磁気探査システムＳについて説明する。
【００２５】
図１は、本実施形態に係る磁気測定装置Ｔを有する磁気探査システムＳの構造を示す図である。
磁気探査システムＳは、海底下の油田の油層に水を圧入し、油層中の炭化水素を生産井で回収する１次回収プロセスでの水の挙動を検知するためのモニタリングシステムである。磁気探査システムＳは、圧入井から水を圧入することにより生じる水−炭化水素界面が海底に設置された磁気測定装置Ｔの下を通過するタイミングを、磁場発生部Ｖ１の磁場の遮断により励起される二次磁場の変化で測定する。磁気探査システムＳは、水−炭化水素界面が磁気測定装置Ｔの下を通過するタイミングを測定することで、炭化水素の位置を特定することができる。
【００２６】
油層中の原油等の炭化水素の一部が水に置き換わることにより、置き換わった部分の抵抗値が減少する。磁気探査システムＳにおいては、抵抗値が減少したことにより生じる、一次磁場遮断による油層部分を流れる渦電流パターンの変化を、この変化に誘起される二次磁場の変化として、海底面に設置された磁気測定装置Ｔで検出する。また、磁気探査システムＳは、磁気測定装置Ｔの近傍に存在する金属を含む物体の動きに応じた二次磁場の変化に基づいて、磁気測定装置Ｔの近傍で動く金属を含む物体の検知も可能である。
【００２７】
磁気探査システムＳは、磁場発生装置Ｖ、磁気測定装置Ｔ、及びシステム制御装置Ｕを有する。磁場発生装置Ｖは、磁場を発生する。磁場発生装置Ｖは、磁場発生部Ｖ１及び給電部Ｖ２を有する。磁場発生部Ｖ１は、システム制御装置Ｕが発生する磁場発生信号に基づいて磁場を発生する。給電部Ｖ２は、磁場発生部Ｖ１に電圧を印加する。
【００２８】
磁気測定装置Ｔは、磁場発生装置Ｖが発生した磁場を測定する。磁気測定装置Ｔは、磁場発生装置Ｖから離間して配置されている。磁気測定装置Ｔは、例えば、磁場発生部Ｖ１から２５００ｍ程度離れた海底に設置され、地上のシステム制御装置Ｕとは、制御ケーブル１５で接続されている。
【００２９】
制御ケーブル１５は、後述するように、光ファイバ、電源線、バックアップ用充電制御リレーの駆動配線、及び制御部９のリセット信号線等を有している。制御ケーブル１５は、外側容器１の蓋体１２のコネクタ１３で磁気測定装置Ｔと接続されている。磁気測定装置Ｔの詳細は後述する。
【００３０】
システム制御装置Ｕは、磁気探査システムＳ全体をコントロールする。具体的には、システム制御装置Ｕは、磁場発生装置Ｖ及び磁気測定装置Ｔを制御する。また、システム制御装置Ｕは、磁気測定装置Ｔから送信されるデータを記憶する。システム制御装置Ｕは、地上に設置されている。
【００３１】
システム制御装置Ｕは、磁場発生信号を生成する。磁場発生信号は、前述したように、磁場発生装置Ｖが磁場を発生するタイミングを示す信号である。
【００３２】
［磁気測定装置Ｔの構造］
図２は、本実施形態に係る磁気測定装置Ｔの構造を示す図である。
磁気測定装置Ｔは、海底、又は水性若しくは油性の液体で満たされた坑井中で使用される。磁気測定装置Ｔは、外側容器１、内側容器２、超伝導量子干渉計素子（ＳＱＵＩＤ素子）搭載基板（以下、ＳＱＵＩＤ基板という）３、ＦＬＬ（Ｆｌｕｘ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路４、冷却部５、蓄電部６、保持材７、圧力検出部８、及び制御部９を有する。磁気測定装置Ｔは、超伝導量子干渉計素子（以下、ＳＱＵＩＤ素子という）３１で磁場強度及び磁場強度の変化を測定する装置である。
【００３３】
外側容器１は、例えば耐圧性を有する密閉容器である。外側容器１は、外側容器１の内側に載置されたＳＱＵＩＤ基板３で外側容器１の外側の磁場強度及び磁場強度の変化を測定するために、外側容器１自体の磁性及び導電性が影響しないことが求められる。そこで、外側容器１は、例えば炭素繊維強化プラスチック製又はセラミック製である。外側容器本体１１は、炭素繊維強化プラスチックを含む複合材で製造されていてもよい。外側容器１は、外側容器本体１１及び蓋体１２を有する。外側容器本体１１は、例えば外径１３０ｍｍ、長さ１５００ｍｍの円筒状容器である。
【００３４】
蓋体１２は、外側容器本体１１の上方に形成されている開口を覆う部材である。蓋体１２には、コネクタ１３、及び内部圧力保持装置１４が設けられている。コネクタ１３は、磁気測定装置Ｔに電力を供給し、磁気測定装置Ｔの内外で情報を送受信するためのインターフェースである。コネクタ１３には、制御ケーブル１５が接続されている。制御ケーブル１５には、２本の光ファイバケーブル、２４Ｖの電源線、及び設置線が含まれる。
【００３５】
蓋体１２、及び外側容器本体１１の蓋体１２との接合部は、非磁性体の金属で構成され、例えばＳＵＳ３０４ステンレス製である。外側容器本体１１と蓋体１２との間は、Ｏリングでシールされている。
【００３６】
内部圧力保持装置１４は、外側容器１内の圧力が外部の圧力より一定値以上高くなると、内部の圧力を外部に逃がす機能を有する。内部圧力保持装置１４は、例えば逆止弁を有する。内部圧力保持装置１４には、外側容器１内部から放出される気体を分析する分析機との接続手段が設けられている。
【００３７】
内側容器２は、外側容器１に収容された容器である。内側容器２は、例えばデュワーであり、内側と外側との間で熱が移動することを抑制する機能を有する。内側容器２は、内側容器本体２１及び蓋体２２を有する。内側容器本体２１は、例えば断熱材が充填された円筒状容器である。蓋体２２は、内側容器本体２１の上方に形成されている開口を覆う部材である。蓋体２２は、液体冷却剤注入管２４を有する。液体冷却剤注入管２４には、液体冷却剤Ｌが注入される開口が形成されている。液体冷却剤注入管２４にはバルブ２４１が設けられており、バルブ２４１を開くことで、蓋体１２を取り外した状態で、外側容器本体１１の上部開口部から、液体冷却剤Ｌを内側容器２に注入することができる。液体冷却剤Ｌは、例えば液体窒素である。
【００３８】
なお、液体冷却剤Ｌは、図２において網点により示されている。図２に示すように、液体冷却剤Ｌは、内側容器２の内側の空間に収容されている。
【００３９】
内側容器２の上方には、穴２２１が形成されている。穴２２１は、液体冷却剤Ｌが気化した気体冷却剤を外側容器１との間で連通させるための穴である。内側容器２の蓋体２２には、液体冷却剤Ｌが気化した気体冷却剤を外側容器１内に放出する放出管２２２が取付けられている。具体的には、放出管２２２の一端は、内側容器２の蓋体２２に形成されている穴２２１に設けられており、放出管２２２の他端は、外側容器１の底部付近に位置している。放出管２２２は、例えば内側容器２の外周に沿って設けられており、液体冷却剤Ｌが気化した低温の気体冷却剤は、放出管２２２の一端から他端まで移動することにより内側容器２の外周を冷却した後に、放出管２２２の他端から放出され、外側容器１の内側において拡散する。
【００４０】
内側容器２中には、蓄熱体２５、及び液体冷却剤Ｌが収容されている。液体冷却剤Ｌは、ＳＱＵＩＤ素子３１を搭載したＳＱＵＩＤ基板３のＳＱＵＩＤ素子３１を冷却する。蓄熱体２５は、液体冷却剤Ｌが発する冷熱を蓄積することにより、液体冷却剤Ｌの使用量を削減可能にする機能を有する。すなわち、磁気測定装置Ｔは、内側容器２中に蓄熱体２５が収容されることで、内側容器２中に収容される液体冷却剤Ｌの量を減少させることができる。
【００４１】
蓄熱体２５の外径は、内側容器２の内径よりも小さい。具体的には、蓄熱体２５の外径は、内側容器２の内径よりも、例えば２〜１０ｍｍ程度小さい。蓄熱体２５は、ＳＱＵＩＤ素子３１の動作温度領域では実質的に非導電性で、周辺環境の磁場の強度に影響を与えることを防止するため、常磁性又は反磁性、いわゆる非磁性の物質から選択される。なお、実質非導電性とは、測定対象磁場の変動で、測定結果に影響を与えるような電流が蓄熱体２５中に励起されないことを意味する。
【００４２】
また、蓄熱体２５は、内側容器２に収容されている時、液体冷却剤Ｌの注入による熱衝撃で破損しない強度が求められる。蓄熱体２５に使用される物質として、例えば、イレブンナインの半導体デバイスグレードの単結晶シリコンインゴットをレーザ加工及びアルカリエッチング加工して得られた成形体が例示される。蓄熱体２５は、より簡便には、半導体の放熱用に用いられる窒化ホウ素又は酸化アルミニウム等を配合した粘着性シリコーンゴムシートをポリエチレンパイプの周りに巻き回した物体であってもよい。蓄熱体２５は、サファイア、又は石英ガラス等であってもよい。
【００４３】
蓄熱体２５は、収容部２５１及び穴２５２を有する。収容部２５１は、蓄熱体２５の上面に設けられている凹形状の部分である。収容部２５１には、ＳＱＵＩＤ基板３が収容されている。穴２５２は、例えば収容部２５１の底面における少なくとも一部の領域に形成されており、蓄熱体２５の底まで貫通し、収容部２５１の内側と蓄熱体２５の外側との間で液体冷却剤Ｌを連通する。
【００４４】
蓄熱体２５がこのように穴２５２を有することで、内側容器２の内側において、例えば蓄熱体２５の外側面と内側容器２の内側面との間に収容されている液体冷却剤Ｌが穴２５２の内側を通過して蓄熱体２５の収容部２５１の内側に移動したり、蓄熱体２５の収容部２５１の内側に収容されている液体冷却剤Ｌが蓄熱体２５の外側面と内側容器２の内側面との間に移動したりすることが可能になる。
【００４５】
この結果、磁気測定装置Ｔは、内側容器２の内側において、蓄熱体２５の収容部２５１の内側に収容されている液体冷却剤Ｌの液面の高さと蓄熱体２５の外側面と内側容器２の内側面との間に収容されている液体冷却剤Ｌの液面の高さとの差を生じづらくし、一定の範囲内に維持するようにすることができる。その結果、ＳＱＵＩＤ基板３が常に液体冷却剤Ｌに浸漬された状態を維持し易くなる。
【００４６】
また、蓄熱体２５には、蓄熱体２５の高さ方向において、複数の貫通孔が形成されていてもよい。具体的には、複数の貫通孔は、例えば蓄熱体２５の上面から下面まで貫通していてもよい。蓄熱体２５が、このように蓄熱体２５の高さ方向において、複数の貫通孔が形成されていることで、内側容器２の内側において、液体冷却剤Ｌが蓄熱体２５の複数の貫通孔の内側に侵入して、複数の貫通孔の内側に収容されている状態となり得る。この結果、液体冷却剤Ｌと蓄熱体２５との接触面積が増大することで、液体冷却剤Ｌで蓄熱体２５を冷却し易くなり、かつ液体冷却剤Ｌで冷却された蓄熱体２５における温度分布の偏りを生じづらくしたりすることができる。
【００４７】
磁気測定装置Ｔは、外側容器１内の圧力変動に伴い内側容器２内の温度が変動する。蓄熱体２５は、その熱容量が大きいことにより蓄冷材としても機能し、温度の変動を緩和するとともに、連続した冷凍機５１の停止時間を延ばすことを可能にする。その結果、磁気測定装置Ｔは、蓄熱体２５を有しない磁気測定装置と同量の液体冷却剤Ｌが用いられる場合であっても、蓄熱体２５を有しない磁気測定装置よりも長時間にわたって連続した観測時間を確保することが可能になる。
【００４８】
ＳＱＵＩＤ基板３には、ＳＱＵＩＤ素子３１、温度検出部３２、及びコネクタ３３が搭載されている。ＳＱＵＩＤ素子３１は、動作時に液体冷却剤Ｌに浸漬されるように設置されている。
【００４９】
温度検出部３２は、例えば温度センサ素子を有する。温度検出部３２は、ＳＱＵＩＤ素子３１の温度を検出する。コネクタ３３は、ＳＱＵＩＤ素子３１及び温度検出部３２からの電気信号をＳＱＵＩＤ基板３の外部に伝達するためのインターフェースである。コネクタ３３は、例えばＳＱＵＩＤ基板３の上面に設けられている。コネクタ３３は、後述する第３の保持材７３の先端に取付けられているコネクタと接続されている。第３の保持材７３は、例えばポリアセタール樹脂の丸棒が加工された基板搭載部材である。ＳＱＵＩＤ基板３は、コネクタ３３を介して第３の保持材７３の下端に水平に取り付けられた状態で、蓄熱体２５の収容部２５１に挿入されている。
【００５０】
ＦＬＬ回路４は、外部からの磁場を相殺する磁気をＳＱＵＩＤ素子３１に与えることにより、検出される磁場の強度に対して線形に変化する電流又は電圧に変換する回路である。ＦＬＬ回路４は、変換後の電流又は電圧を制御部９に対して出力する。
【００５１】
ＦＬＬ回路４は、ＳＱＵＩＤ基板３で検知された磁場強度を電圧信号に変換する。変換された信号は、制御部９上でＡ／Ｄ変換され、制御部９上のクロック信号によりサンプリング時刻情報と関連付けられた状態で、デジタル情報として制御部９上の記憶部９２に記憶される。ＦＬＬ回路４及び制御部９は、外側容器１内に設置された蓄電部６で駆動される。
【００５２】
冷却部５は、液体冷却剤Ｌが気化した気体冷却剤を冷却して液化させる。冷却部５は、冷凍機５１、モータ５２、冷却ヘッド５３、放熱ヘッド５４、及びヒートパイプ５５を有する。冷凍機５１は、例えばスターリング冷凍機である。モータ５２は、冷凍機５１を駆動させる。冷却ヘッド５３は内側容器２の内側に位置し、内側容器２の内側の液体冷却剤Ｌが気化した気体冷却剤を冷却して液化させる。放熱ヘッド５４は、内側容器２の外側、かつ外側容器１の内側に位置し、冷凍機５１から排出される熱を排出する。ヒートパイプ５５は、冷凍機５１の廃熱を輸送して排出する。
【００５３】
外側容器１は密閉されているため、内部の圧力は、液体冷却剤Ｌの気化に伴い上昇する。これに伴って液体冷却剤Ｌの温度も上昇するため、温度が上昇した状態で放置すれば、やがてＳＱＵＩＤ素子３１の磁場センサとしての動作が不安定となり、最終的には超伝導状態を維持できない臨界温度に達して磁場の測定が不可能となる。
【００５４】
このため、磁気測定装置Ｔは、外側容器１内に配置された圧力検出部８、及びＳＱＵＩＤ基板３に配置された温度検出部３２で、液体冷却剤Ｌの温度及び外側容器１内の気圧の少なくとも一方をモニタリングする。圧力検出部８は、例えば圧力センサである。磁気測定装置Ｔは、一定の温度又は圧力で、外側容器１内に設置された冷凍機５１をモータ５２で駆動し、内側容器２内の温度を下げる。このときの廃熱は外側容器１内に排出され、最終的に、外側容器１の壁面を介して外部環境に放出される。
【００５５】
なお、石油・天然ガスの生産井のように、温度が９０℃を超える高温の環境下で磁気測定装置Ｔが使用される場合、冷却部５は、冷却部５以外にペルチェ素子等の第二の冷却手段を有してもよい。この場合、第二の冷却手段は、冷凍機５１の廃熱を外側容器１の壁に取付けられたヒートパイプ５５で輸送し、外側容器１の外部に排出してもよい。
【００５６】
蓄電部６は、磁気測定装置Ｔを作動する電力を蓄電する。蓄電部６は、第１蓄電部６１及び第２蓄電部６２を有する。第１蓄電部６１は、例えばニッケル水素電池からなるＦＬＬ回路４等を駆動する±１５Ｖのアナログ系電源である。第２蓄電部６２は、例えば＋５Ｖのデジタル系電源である。各電源、すなわち第１蓄電部６１及び第２蓄電部６２は、それぞれ制御部９により、図示しない蓄電量計測部で電圧がモニタされ、蓄電部６の電圧が一定値未満になると、冷凍機５１の動作と同期して充電が開始される。
【００５７】
保持材７は、ＳＱＵＩＤ基板３、蓄熱体２５、及び内側容器２を保持する部材である。保持材７として、第１の保持材７１、第２の保持材７２、第３の保持材７３、第４の保持材７４、及び第５の保持材７５が設けられている。第１の保持材７１は、メラミンフォーム等からなるクッション性の部材からなる。第１の保持材７１は、蓄熱体２５の外側面と内側容器２の内側面との間に設けられており、液体冷却剤Ｌが気化する際に生じる振動を吸収する振動吸収材としての機能を有する。
【００５８】
具体的には、第１の保持材７１は、蓄熱体２５の外側面及び底面を一部又は全部覆っており、内側容器２中に圧接するようにして収容されている。磁気測定装置Ｔは、このように第１の保持材７１が収容されていることで、液体冷却剤Ｌが内側容器２の内壁面で沸騰する際の泡による衝撃が直接、蓄熱体２５に伝わることを防止する。また、第１の保持材７１は、内側容器２の底部で発生した泡が上昇する際に液体冷却剤Ｌが循環し、当該液体冷却剤Ｌの流れにのることで、ＳＱＵＩＤ基板３周辺に届くことを抑制するため、振動によるノイズを一層抑制することが可能になる。
【００５９】
第２の保持材７２は、第１の保持材７１と同様に、例えばメラミンフォーム等からなるクッション性の部材からなる。第２の保持材７２は、ＳＱＵＩＤ基板３の下方に設けられている。
【００６０】
第３の保持材７３は、前述したように、例えばポリアセタール樹脂の丸棒を加工した基板搭載部材である。第３の保持材７３は、内側容器２の蓋体２２を貫通して外側容器１の蓋体１２に取付けられている。外側容器１の蓋体１２を閉めることで、内側容器２に蓋体２２をし、外側容器１内の液体冷却剤Ｌが温められて気化した気体冷却剤が内側容器２内に侵入するのを防止するとともに、ＳＱＵＩＤ基板３及び内側容器２を外側容器１の底部に圧接する。具体的には、ＳＱＵＩＤ基板３は、ＳＱＵＩＤ基板３の下方に設けられている第２の保持材７２を介して内側容器２の底部に第３の保持材７３で圧接されている。なお、ＳＱＵＩＤ基板３のコネクタ３３からの配線は、第３の保持材７３に沿って、外側容器１内のＦＬＬ回路４に接続されている。
【００６１】
第４の保持材７４は、例えば円筒形状であるが、第４の保持材７４の形状は任意である。第４の保持材７４は、内側容器２の下部付近において、内側容器２の外側面と外側容器１の内側面との間、及び内側容器２の底面と外側容器１の底面との間に設けられている。第５の保持材７５は、例えば円筒形状であるが、第５の保持材７５の形状は任意である。第５の保持材７５は、内側容器２の上部付近において、内側容器２の外側面と外側容器１の内側面との間に設けられている。
【００６２】
外側容器１の内側には、酸素吸収剤及び脱水剤（吸水剤）の少なくとも一方が収容されていてもよい。酸素吸収剤及び脱水剤（吸水剤）の少なくとも一方は、例えば、内側容器２の底面と外側容器１の底面とで形成される空間に載置されていてもよいが、これに限定されず、外側容器１の内側であれば任意の位置でもよい。
【００６３】
外側容器１の内側に、酸素吸収剤が収容されていることで、外側容器１の内側における酸素の量を減少させることができ、油ガス井内で、外側容器１が破損した場合、容器内の酸素による、油ガス井内の炭化水素の燃焼を防止することができる。また、外側容器１の内側に、脱水剤が収容されていることで、外側容器１の内側における水の量を減少させることができる。これらの結果、外側容器１の内側での結露に伴う絶縁不良を防止するとともに、冷却ヘッド５３表面への霜の付着による冷却効率低下を防止する。
【００６４】
制御部９は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）であり、記憶部９２に記憶されたプログラムを実行する。制御部９は、測定部９１、記憶部９２、及び冷凍機スイッチ９３を有する。測定部９１は、ＳＱＵＩＤ素子３１が検出した磁気を測定する機能を有する。具体的には、測定部９１は、磁場発生信号に基づいて、ＳＱＵＩＤ素子３１が検出した磁気を測定する。磁場発生信号は、磁場発生装置Ｖが磁場を発生するタイミングを示す信号である。
【００６５】
記憶部９２は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）を含んでいる。記憶部９２は、制御部９が実行するプログラムを記憶している。記憶部９２は、例えば、測定部９１が測定した測定結果を記憶する。冷凍機スイッチ９３は、冷却部５のモータ５２を作動させるスイッチである。
【００６６】
制御部９は、後述するように、測定部９１が磁気を測定するタイミングに基づいて冷却部５を作動させる。具体的には、制御部９は、温度検出部３２で検出された温度が所定の温度以上であり、かつ測定部９１が磁気を測定するタイミングでない場合に冷却部５を作動させる。より具体的には、制御部９は、磁気を発生させる磁場発生装置Ｖから受信した、磁場発生装置Ｖが磁気を発生させるタイミングを示す間欠的な磁場発生信号に基づいて、測定部９１が磁気を測定するタイミングを特定し、特定したタイミングに基づいて冷却部５を間欠的に作動させる。
【００６７】
制御部９は、測定部９１で測定された磁束密度情報を記憶部９２に一時記憶し、制御ケーブル１５に含まれる光ファイバを介して、後述する地上のシステム制御装置Ｕに送信する。また、制御部９は、制御ケーブル１５に含まれる光ファイバを経由してシステム制御装置Ｕから制御情報を受信するとともに、蓄電部６の電圧管理、及び内側容器２内の温度制御を行う。
【００６８】
制御部９は、ＦＬＬ回路４が検出した磁気の強度に対応する電圧をＡ／Ｄ変換し、サンプリング時刻とともに記憶部９２に一時的に蓄積する。制御部９は、冷凍機５１の運転可能期間中、記憶部９２中に記憶された磁場強度情報を、サンプリング時刻と符合可能なデータとして制御ケーブル１５に含まれる光ファイバでシステム制御装置Ｕに送信する。
【００６９】
制御部９は、内側容器２内の温度を適切にコントロールする。制御部９は、温度検出部３２が検出した温度に基づいて作動する。制御部９は、磁場発生信号に基づいて、測定部９１が磁気を測定しないタイミングで冷却部５を作動させる。
【００７０】
内側容器２、液体冷却剤Ｌ、蓄熱体２５、及び固定部（例えば、ＳＱＵＩＤ基板３のコネクタ３３、又は保持材７等）は、ＳＱＵＩＤ素子３１を冷却する冷却装置を構成する。当該固定部は、動作時に液体冷却剤Ｌに浸漬されるようにＳＱＵＩＤ素子３１を固定する部材である。
【００７１】
［制御部９の冷却制御］
図３は、制御部９の冷却制御フローを示す図である。
制御部９は、温度検出部３２でＳＱＵＩＤ素子３１の温度を計測する（Ｓ１１）。次に、制御部９は、温度検出部３２で検出された温度が所定の閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ１２）。
【００７２】
制御部９は、温度検出部３２で計測されたＳＱＵＩＤ素子３１の温度が所定の閾値（例えば、７７Ｋ）以上であると判定した場合（Ｓ１２においてＹＥＳ）、制御部９は、制御ケーブル１５に含まれる光ファイバを介して、磁気測定装置Ｔの外部（例えばシステム制御装置Ｕ）から送信される磁場発生信号を受信する（Ｓ１３）。制御部９は、受信した磁場発生信号に基づいて磁場発生部Ｖ１の通電状態が終了して一定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ１４）。制御部９は、温度検出部３２で計測されたＳＱＵＩＤ素子３１の温度が所定の閾値以上ではないと判定した場合（Ｓ１２においてＮＯ）、Ｓ１１に戻る。
【００７３】
制御部９は、磁場発生部Ｖ１の通電状態が終了して一定時間経過したと判定した場合（Ｓ１４においてＹＥＳ）、冷凍機動作可能モードに移行し（Ｓ１５）、冷凍機５１を駆動するモータ５２を作動させ、内側容器２の内側の冷却を開始する（Ｓ１６）。制御部９は、磁場発生部Ｖ１の通電状態が終了して一定時間経過していないと判定した場合（Ｓ１４においてＮＯ）、Ｓ１１に戻る。
【００７４】
この結果、内側容器２の内側に設けられている冷却ヘッド５３の温度が下がり、内側容器２内の液体冷却剤Ｌが気化した気体冷却剤が冷却ヘッド５３上で液化する。液化した液体冷却剤Ｌは、蓄熱体２５又は蓄熱体２５に収容された液体冷却剤Ｌの液面に滴下する。外側容器１内の液体冷却剤Ｌが気化した気体冷却剤は、放出管２２２を介して内側容器２内に移動する。この結果、外側容器１内の圧力が減少する。
【００７５】
制御部９は、予告信号を受信したか否かを判定する（Ｓ１７）。予告信号は、磁場発生部Ｖ１の通電状態の終了の所定時間前であることを示す信号である。制御部９は、予告信号を受信したと判定した場合（Ｓ１７においてＹＥＳ）、制御部９は、冷凍機動作可能モードをオフにし（Ｓ１８）、モータ５２を停止させる（Ｓ１９）。具体的には、制御部９は、冷凍機動作可能モードを、磁場発生部Ｖ１の通電時間の終了の所定時間前に終了させる。所定時間は、例えば２秒である。制御部９は、冷凍機動作可能モードの終了時点で、モータ５２を、冷凍機５１のピストンが吸熱側の位置になるように停止させる。この結果、磁気測定装置Ｔは、モータノイズ及び振動が磁場強度の測定に影響することを防止する。また、制御部９は、予告信号を受信していないと判定した場合（Ｓ１７においてＮＯ）、Ｓ１５に戻る。
【００７６】
［制御部９の蓄電制御］
図４は、制御部９の蓄電制御フローを示す図である。
制御部９は、蓄電量計測部で計測された蓄電量が所定の第１下限値未満であり、かつ測定部９１が磁気を測定しないタイミングで蓄電部６に蓄電させる。
【００７７】
具体的には、制御部９は、蓄電力計測部で蓄電部６の蓄電量を計測する（Ｓ２１）。次に、制御部９は、蓄電量計測部で計測された第１蓄電部６１及び第２蓄電部６２の電圧が第１下限値（例えば±１３．３Ｖ及び４．８１Ｖ）未満であるか否かを判定する（Ｓ２２）。制御部９は、第１蓄電部６１及び第２蓄電部６２の電圧が第１下限値未満になると（Ｓ２２においてＹＥＳ）、第２蓄電部６２の蓄電量が第２下限値（例えば４．７５Ｖ）未満であるか否かを判定する（Ｓ２３）。第２下限値は、第１下限値よりも小さい値である。
【００７８】
制御部９は、第２蓄電部６２の蓄電量が第２下限値未満ではないと判定すると（Ｓ２３においてＮＯ）、冷凍機動作可能モードがオンであるか否かを判定する（Ｓ２４）。制御部９は、冷凍機動作可能モードがオンであると判定すると（Ｓ２４においてＹＥＳ）、冷凍機動作可能モードがオンの下で、第１蓄電部６１及び第２蓄電部６２に蓄電する（Ｓ２５）。具体的には、制御部９は、各電圧のスイッチング電源を、システム制御装置Ｕから供給される２４Ｖ電源に、有接点リレーにより接続する。制御部９は、第１蓄電部６１及び第２蓄電部６２それぞれの上限値（例えば±１５．０Ｖ及び５．５Ｖ）に達しない限り、冷凍機動作可能モードがオンの下で第１蓄電部６１及び第２蓄電部６２に充電する。
【００７９】
磁気探査システムＳにおいては、磁場発生部Ｖ１の通電を終了した後に磁気測定装置Ｔが測定した磁場データを磁場変化測定結果として用いる。磁気測定装置Ｔが、磁場発生部Ｖ１の通電状態が終了して一定時間経過した後に冷凍機動作可能モードに移行して、冷却又は蓄電の動作を実行する。その結果、磁気データとして重要な磁場発生部Ｖ１の電流遮断時以降のデータに、冷凍機５１、モータ５２、及び蓄電部６による電源ノイズが含まれることが防止されるので、磁場変化測定結果の精度が向上する。
【００８０】
なお、制御部９は、蓄電量計測部で計測された第２蓄電部６２の蓄電量が第１下限値よりも小さい第２下限値未満である場合は（Ｓ２３においてＹＥＳ）、測定部９１が磁気を測定するタイミングであっても第２蓄電部６２に蓄電させる。
【００８１】
具体的には、制御部９は、第２蓄電部６２の電圧が、第２下限値未満の場合は（Ｓ２３においてＹＥＳ）、制御部９は、冷凍機動作可能モードがオフであっても、第２蓄電部６２に充電を開始する（Ｓ２６）。この結果、磁気測定装置Ｔは、電源遮断により、制御が不能となることを防止する。
【００８２】
［本実施形態に係る磁気測定装置Ｔによる効果］
本実施形態に係る磁気測定装置Ｔは、内側と外側との間で熱が移動することを抑制する内側容器２と、内側容器２に収容された超伝導量子干渉計素子３１と、超伝導量子干渉計素子３１を冷却する液体冷却剤Ｌと、液体冷却剤Ｌが発する冷熱を蓄積する蓄熱体２５と、超伝導量子干渉計素子３１が検出した磁気を測定する測定部９１と、を有し、超伝導量子干渉計素子３１は、液体冷却剤Ｌを介して蓄熱体２５に接している。液体冷却剤Ｌは、内側容器２外から流入する熱で気化し、外側容器１内部の圧力を上昇させ、これに伴い、液体冷却剤Ｌの温度も上昇する。この場合にも蓄熱体２５の体積は実質的には変化せず、かつ蓄熱体２５の体積当たりの熱容量が、液体冷却剤Ｌの体積当たりの熱容量より大きいため、液体冷却剤Ｌの温度の上昇が緩和される。
【００８３】
また、蓄熱体２５が内側容器２内部の大きな体積を占めることで、超伝導量子干渉計素子３１を浸漬するために必要な液体冷却剤Ｌの体積を減少させることができる。本実施形態に係る磁気測定装置Ｔは、このように蓄熱体２５を有することで、内側容器２内部の単位体積当たりの液体冷却剤Ｌの量を減少させることができる。よって、磁気測定装置Ｔは、事故等で、内側容器２が破損した場合の液体冷却剤Ｌの急激な体積膨張が生じづらくなり、外側容器１内の圧力上昇を抑えることが設計上容易となる。
【００８４】
また、本実施形態に係る磁気測定装置Ｔを坑井内で使用し、坑口近傍の坑井内圧力が低い地点で外側容器１が破損し、爆発的に気化した液体冷却剤Ｌが坑井内に放出されても、液体冷却剤Ｌの絶対量が少ないことから、ウェルヘッドの破損などの重大な事故を招く恐れが減少する。また、気化した液体冷却剤Ｌが密閉容器中に放出される本実施形態のようなケースでは、冷凍機５１の運転時間を延ばすことで液体冷却剤Ｌの温度を低く制御することが可能であり、これにより超電導量子干渉計素子３１の感度を向上させることができる。超電導量子干渉計素子３１の特性が劣化した場合、動作温度を下げることで応急的に運用することが可能になるが、液体冷却剤Ｌの気化熱と、蓄熱体２５の熱容量を併用する本実施形態では、圧力の上昇をより長時間、許容範囲内に維持することが可能になる。
【００８５】
［磁気探査システムＳの構造］
磁気探査システムＳの詳細について説明する。
前述したように、磁気探査システムＳは、磁場発生装置Ｖ、磁気測定装置Ｔ、及びシステム制御装置Ｕを有する。磁場発生装置Ｖは、磁場発生部Ｖ１及び給電部Ｖ２を有する。磁場発生部Ｖ１は、システム制御装置Ｕが発生する磁場発生信号に基づいて磁場を発生する。給電部Ｖ２は、磁場発生部Ｖ１に電圧を印加する。
【００８６】
磁場発生装置Ｖは、磁場発生信号に同期して磁場発生部Ｖ１に通電する通電期間と、磁場発生部Ｖ１に通電しない非通電期間とを切り替える。磁場発生部Ｖ１は、方形波電流を通電することで、環境中に方形波電流に対応する１次磁場を生成する被覆電線を有する。磁場発生部Ｖ１は、ケーブルＶ１１及び電極Ｖ１２を有する。磁場発生部Ｖ１は、海底に略直線状に配置されたケーブルＶ１１と、ケーブルＶ１１の両端部又は一方の端部に配置された電極Ｖ１２とを有する、いわゆるラインソースと呼ばれる形態のものである。ケーブルＶ１１は、海底に設置された、例えば長さ２ｋｍ程度のケーブルである。電極Ｖ１２は、例えば亜鉛メッキ鋼板からなる。
【００８７】
ケーブルＶ１１のいずれかの場所に設けられた給電点である電極Ｖ１２は、正負方向の振幅を有する方形波電流を供給し、電極Ｖ１２は海中及び海底下に放電する。方形波電流は、給電点である電極Ｖ１２近傍に設けられたスイッチ装置Ｖ２２が、電源装置である直流電源Ｖ２１から供給される直流を切替えることで発生する。
【００８８】
給電部Ｖ２は、任意のインターバル（例えば１０秒）で、正方向−休止−負方向−休止の順で、矩形波状の電圧を繰り返し磁場発生部Ｖ１に印加する。給電部Ｖ２は、磁場発生部Ｖ１に流れる電流が１〜１０００［Ａ］、好ましくは、４０〜４００［Ａ］程度になるように電圧を印加する。
【００８９】
給電部Ｖ２は、直流電源Ｖ２１及びスイッチ装置Ｖ２２を有する。直流電源Ｖ２１は、陸上又は海上に設置されている。直流電源Ｖ２１は、必要な強度の磁場を生成するための直流電流を供給する機能を有し、例えば５０又は６０Ｈｚの３相の交流発電機及びインバータ、並びにこれらに付随する安全装置及び制御装置を有する。
【００９０】
スイッチ装置Ｖ２２は、直流電源Ｖ２１から正負両方向に振れる方形波電流を生成する。スイッチ装置Ｖ２２は、システム制御装置Ｕからの磁場発生信号（制御信号）に基づいて直流電源Ｖ２１からの直流電流を切り替えることにより方形波電流を生成する。
【００９１】
スイッチ装置Ｖ２２は、スイッチ手段（遮断手段）、サージ吸収手段（サージアブゾーバ）、安全装置、及びスイッチ装置制御手段を有する。スイッチ手段は、リレー、ＳＳＲ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｒｅｌａｙ）、その他の既存のスイッチング素子である。スイッチ手段は、数ｋｍにも及ぶ電線に流れる３０〜４００［Ａ］の電流を１ミリ秒程度のトランジェントタイムで遮断するため、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が特に好適である。スイッチ装置Ｖ２２は、遮断、遮断時のトランジェントタイム１ミリ秒程度の正・負方向の矩形波を生成する。
【００９２】
なお、通電、遮断タイミング、及び正負方向の情報は、受信信号の解析のため、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）時計、又はその他の同期手段による刻時信号をつけて、保存される。
【００９３】
スイッチ装置Ｖ２２は、給電点である電極Ｖ１２近傍に設けられており、直流電源Ｖ２１から供給される直流を切替えることで方形波電流を発生させる。スイッチ装置Ｖ２２は、システム制御装置Ｕで生成される磁場発生信号（切替タイミング信号）に基づいて直流を切替える。その結果、電流の向きが正方向−オフ−負方向−オフの順で繰り返され、正方向及び負方向にオンとなってから８秒後に、予告信号（すなわち、オン状態終了所定時間前の信号）が磁気測定装置Ｔの制御部９に送信される。
【００９４】
このときの電流値は１０〜１０００［Ａ］であり、通常は３０〜４００［Ａ］である。また、オン→オフのトランジェントタイムは１０ミリ秒以下であり、１ミリ秒以下であることが好ましい。
【００９５】
本構成の場合、正負いずれもオン状態では、振幅の１％程度のリプル電流が発生することが避けられない。そこで、方形波を使用する所謂タイムドメインによる解析手法では、オン→オフのタイミング以降の二次磁場を解析対象とする。このようにすることで、磁気測定においてリプル電流の影響を排除することが可能になる。
【００９６】
図５は、システム制御装置Ｕの制御フローを示す図である。図６は、制御信号の一例を示す図である。
【００９７】
システム制御装置Ｕは、スイッチ装置Ｖ２２に、磁場発生信号（切り替え信号）を送信する（Ｓ３１）。次に、システム制御装置Ｕは、スイッチ装置Ｖ２２が磁場発生部Ｖ１に流す電流をオフにする所定時間前であるか否かを判定する（Ｓ３２）。
【００９８】
システム制御装置Ｕは、スイッチ装置Ｖ２２が磁場発生部Ｖ１に流す電流をオフにする所定時間前であると判定した場合（Ｓ３２においてＹＥＳ）、磁場発生装置Ｖが通電期間から非通電期間に切り替わるタイミングを予告する予告信号（磁場発生部Ｖ１に流す電流をオフにする所定時間前であることを示す信号）を生成する。そして、システム制御装置Ｕは、磁気測定装置Ｔの制御部９に当該予告信号を送信する（Ｓ３３）。前述したように、磁気測定装置Ｔの制御部９は、当該予告信号に基づいて冷却部５の作動を停止させる（図３におけるＳ１７〜Ｓ１９）。また、システム制御装置Ｕは、スイッチ装置Ｖ２２が磁場発生部Ｖ１に流す電流をオフにする所定時間前ではないと判定した場合（Ｓ３２においてＮＯ）、Ｓ３１に戻る。
【００９９】
また、システム制御装置Ｕは、磁気測定装置Ｔの制御部９の時刻信号を必要な精度で校正し、さらに、磁気測定装置Ｔの異常動作時には、リセット線をアクティブにすることで、磁気測定装置Ｔの制御部９を初期状態に戻し、必要に応じて、第２蓄電部６２を強制的に充電させることが可能である。
以上、略直線状のケーブルＶ１１に矩形波状の電流を流す磁場発生装置Ｖについて説明したが、例えば、略直線状のケーブルＶ１１に代えてループコイルを使用したり、矩形波に代えて周波数ＳＷＥＥＰ波形を使用したりするなど適宜、変更・組み合わせをすることができる。
【０１００】
＜変形例＞
図７は、蓄熱体２５の変形例を示す図である。図７（ａ）は、蓄熱体２５ａの高さ方向における断面図である。図７（ｂ）は、蓄熱体２５ａを上方から見た構造を示す図である。
【０１０１】
磁気測定装置Ｔａは、ＸＹＺの３方向分のＳＱＵＩＤ素子搭載基板３ａが設けられており、蓄熱体２５ａが２分割されて構成されている点で本実施形態に係る磁気測定装置Ｔと比べて異なる。
【０１０２】
蓄熱体２５ａは、蓄熱体２５の変形例である。蓄熱体２５ａは、第１蓄熱体２５３ａ、及び第２蓄熱体２５４ａを有する。蓄熱体２５ａは、第１蓄熱体２５３ａ及び第２蓄熱体２５４ａが結合することで形成される。第２蓄熱体２５４ａは、蓄熱体２５ａの収容部２５１の下方において、第１蓄熱体２５３ａと結合する。
【０１０３】
蓄熱体２５ａが縦方向に略中央部で２分割されて形成されていることで、３軸実装の複雑な凹凸のある形状の超伝導量子干渉計素子（ＳＱＵＩＤ素子）３１ａでも、蓄熱体２５ａの収容部２５１に収容が可能で、蓄熱体２５ａの成形も容易になる。
【０１０４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。
【符号の説明】
【０１０５】
Ｓ・・・磁気探査システム
Ｔ、Ｔａ・・・磁気測定装置
１・・・外側容器
１１・・・外側容器本体
１２・・・蓋体
１３・・・コネクタ
１４・・・内部圧力保持装置
１５・・・制御ケーブル
２・・・内側容器
２１・・・内側容器本体
２２・・・蓋体
２２１・・・穴
２２２・・・放出管
２４・・・液体冷却剤注入管
２４１・・・バルブ
２５、２５ａ・・・蓄熱体
２５１・・・収容部
２５２・・・穴
２５３ａ・・・第１蓄熱体
２５４ａ・・・第２蓄熱体
３、３ａ・・・超伝導量子干渉計素子（ＳＱＵＩＤ素子）搭載基板（ＳＱＵＩＤ基板）
３１、３１ａ・・・超伝導量子干渉計素子（ＳＱＵＩＤ素子）
３２・・・温度検出部
３３・・・コネクタ
４・・・ＦＬＬ回路
５・・・冷却部
５１・・・冷凍機
５２・・・モータ
５３・・・冷却ヘッド
５４・・・放熱ヘッド
５５・・・ヒートパイプ
６・・・蓄電部
６１・・・第１蓄電部
６２・・・第２蓄電部
７・・・保持材
７１・・・振動吸収材（第１の保持材）
７２・・・第２の保持材
７３・・・第３の保持材
７４・・・第４の保持材
７５・・・第５の保持材
８・・・圧力検出部
９・・・制御部
９１・・・測定部
９２・・・記憶部
９３・・・冷凍機スイッチ
Ｕ・・・システム制御装置
Ｖ・・・磁場発生装置
Ｖ１・・・磁場発生部
Ｖ１１・・・ケーブル
Ｖ１２・・・電極
Ｖ２・・・給電部
Ｖ２１・・・直流電源
Ｖ２２・・・スイッチ装置
Ｌ・・・液体冷却剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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