(57)【要約】  低温気体環境(300)を提供するための装置。低温気体環境を収容するためのチャンバ(320)は、内部チャンバを効果的に冷却するために液体冷媒(306)内に浸され、その時に、冷媒から蒸発した気体が流出することが可能になる。次いで気体は、液体冷媒が静水圧下でチャンバから押し出されるように、チャンバの開いた下方ポート(322)、または直立管(324)のいずれかを通ってチャンバ内に注入または蓄積されることが可能になる。次いでチャンバの内部に、低温の気体環境がもたらされる。
2008505300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温気体環境を提供するための装置であって、
前記低温気体環境を収容し外部液体冷媒を排除するチャンバと、
前記チャンバを液体冷媒で選択的に充填させるための液体入口と、
前記チャンバに液体が充填する間に、前記チャンバから気体が出ることを選択的に可能にし、前記チャンバ内に気体を選択的に収容するためのチャンバ気体ポートとを備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記チャンバ気体ポートが、前記チャンバから液体を排出するために、前記チャンバを気体でパージするための気体注入ポートを備えることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記気体注入ポートは、前記チャンバに液体が充填する間に、気体が外に出ることを可能にすることを特徴とする、請求項2に記載の装置。
【請求項４】
液体が前記チャンバに充填する間に、気体が前記チャンバを出ることを可能にするための気体流出ポートをさらに備えることを特徴とする、請求項1または2のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記チャンバ気体ポートが、開および閉位置を有する通気口を有し、前記通気口は、開いている場合液体が前記チャンバに充填する間に前記チャンバから気体が出ることを可能にし、前記通気口は、閉じている場合前記チャンバ内に気体を収容することを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記装置が、非磁性材料で形成され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装置。
【請求項７】
前記チャンバを圧力封止することができることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記チャンバ内の圧力を調節するための圧力調節器をさらに備えることを特徴とする、請求項7に記載の装置。
【請求項９】
前記チャンバを浸すための液体冷媒を収容するための、前記チャンバを収容するデュアーをさらに備え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装置。
【請求項１０】
前記チャンバが、前記デュアーと前記チャンバの間の液体交換を可能にする第2のポートを備えることを特徴とする、請求項9に記載の装置。
【請求項１１】
使用時に前記第2のポートが、前記チャンバの下端に近接して位置決めされることを特徴とする、請求項10に記載の装置。
【請求項１２】
前記第2のポートが、選択的に封止されることを特徴とする、請求項10または11のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記チャンバ内にある入口と、前記チャンバの外部にあり使用時に外部液位の上方にある出口とを有する、前記チャンバ内の気体によって発生した静水圧を受けたときに液体冷媒が前記チャンバから流れることを可能にするための直立管をさらに備えることを特徴とする、請求項1から12のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
使用時に前記直立管の前記入口が前記チャンバの下端に近接していることを特徴とする、請求項13に記載の装置。
【請求項１５】
低温環境を提供する方法であって、
チャンバを液体冷媒で充填させる段階と、
低温気体によって前記チャンバを満たし、液体冷媒を前記チャンバから追い出す段階とを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
低温気体によって前記チャンバを満たす段階が、前記チャンバから液体を排出するために前記チャンバに気体を注入することを含むことを特徴とする、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
低温気体によって前記チャンバを満たす段階が、前記チャンバ内に前記液体冷媒から蒸発する気体を収容することを含むことを特徴とする、請求項15または16に記載の方法。
【請求項１８】
前記チャンバの充填中に、気体が外に出ることを可能にする段階をさらに含むことを特徴とする、請求項15から17のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
低温気体によって前記チャンバを満たした後に、前記チャンバを圧力封止する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項15から18のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記チャンバ内の圧力を調節する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記チャンバを液体冷媒内に浸す段階をさらに含むことを特徴とする、請求項15から20のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
充填中に、前記チャンバの内部と外部の間の液体交換を可能にする段階をさらに含むことを特徴とする、請求項15から21のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
充填後に液体が前記チャンバに入ることを妨げる段階をさらに含むことを特徴とする、請求項15から22のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
液体の充填後に、静水圧下で液体が前記チャンバから出ることを可能にする段階をさらに含むことを特徴とする、請求項15から23のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
低温装置を動作させるための気体環境を提供するための装置であって、
前記低温装置を収容するためのチャンバと、
前記チャンバを液体冷媒によって充填させることを可能にする、前記チャンバ内のポートと、
前記チャンバから気体を逃がすことを可能にする通気口とを備え、
前記チャンバは、前記通気口が閉じられているとき、前記チャンバ内の液体冷媒から蒸発する気体が前記チャンバ内に蓄積し、液体冷媒を前記ポートから押し出すように構成されることを特徴とする、装置。
【請求項２６】
低温装置を動作させるための気体環境を提供するための方法であって、
チャンバを液体冷媒で充填させる段階と、
前記液体冷媒から蒸発した気体を、液体冷媒が前記チャンバから押し出されるように前記チャンバ内に蓄積させる段階を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、参考としてその内容が本発明に組み込まれる2004年7月5日出願の米国仮出願第2004903688号明細書について優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、気体環境中での低温装置の動作に関し、より詳細には、液体冷媒温度と温度が等しいまたは温度が近い気体環境を提供する、方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
過去において、低温装置の低温冷却は、液体窒素または液体ヘリウムなどの液体冷媒中に低温装置を浸し、低温装置の温度を液体冷媒の沸点以下に維持することによって行われてきた。液体窒素を使用すると、77.3K以下の低温動作がもたらされ、液体ヘリウムを使用すると、4.2K以下の低温動作がもたらされる。
【０００４】
最近、動作を装置の移動に依拠する低温装置が設計されている。そのような装置は、参照によりその内容が本明細書に組み込まれる、磁界についての情報を獲得するための1つまたは複数のSQUIDまたは超伝導場（フィールド）センサの回転を教示する、CSIRO and Tilbrookによる国際公開第2004/015435号パンフレットに記載されている。SQUIDおよび超伝導フィールドセンサは、正しい超伝導動作を実現するために、超伝導材料の臨界温度TC未満に維持されなければならない。ただし、そのような移動低温装置が液体冷媒中に浸される場合、流体中にかなりの乱流が発生し、音響、磁気、電気騒音をもたらす。さらに、粘性抵抗および/または機械振動により、繊細であることが多い装置上に機械的応力がかかる。
【０００５】
本明細書全体を通して、「comprise(含む、備える)」という単語、または「comprises」「comprising」などその変化形は、述べられる要素、完全体またはステップ、あるいは、要素、完全体、またはステップの群を包含することを意味するが、その他いかなる要素、完全体またはステップ、あるいは、要素、完全体、またはステップの群を除外することを意味しないことが理解されるであろう。
【０００６】
本明細書に含まれるいかなる文書、動作、材料、装置、物品などの議論は、本発明の内容を提供するためのものに過ぎない。本出願の各請求項の優先日より前に存在したという理由で、これらの事項の一部または全てが従来技術の一部を形成し、または本発明に関する分野に共通の一般的な知識であったことが承認されると考えるべきではない。
【特許文献１】米国仮特許出願第2004903688号明細書
【特許文献２】国際公開第2004/015435号パンフレット
【特許文献３】国際公開第2004/015758号パンフレット
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第1の態様によれば、本発明は、低温気体環境を提供するための装置であり、この装置は、低温気体環境を収容し外部の液体冷媒を排除するチャンバと、チャンバを液体冷媒で選択的に充填させるための液体入口と、チャンバが液体を満たす間に、チャンバから気体が外に出ることを選択的に可能にし、チャンバ内に気体を選択的に収容するためのチャンバ気体ポートとを備える。
【０００８】
第2の態様によれば、本発明は、低温気体環境を提供するための方法であり、この方法は、チャンバを液体冷媒で充填させることと、低温気体によってチャンバを満たし、液体冷媒をチャンバから追い出すこととを含む。
【０００９】
チャンバ気体ポートは、チャンバから液体を排出するために、チャンバを気体でパージするための気体注入ポートを備えることができる。気体注入ポートはそれ自体、液体が前記チャンバに充填する間に、気体が外に出ることを可能にすることができる。さらに、またはあるいは、チャンバは、液体がチャンバに充填する間に気体がチャンバを出ることを可能にするための、気体流出ポートを備えることができる。
【００１０】
チャンバ気体ポートは、通気口が開いている場合、液体がチャンバに充填する間にチャンバから気体が出ることを可能にし、通気口が閉じている場合、チャンバ内に気体を収容するように、開および閉位置を有する通気口を備えることができる。
【００１１】
したがって、第3の態様では、本発明は低温装置の動作のための気体環境を提供するための装置であり、この装置は、低温装置を収容するためのチャンバと、チャンバに液体冷媒を充填させることを可能にする、チャンバ内のポートと、チャンバから気体を逃がすことを可能にする通気口とを備え、チャンバは、通気口が閉じられているとき、チャンバ内の液体冷媒から蒸発する気体がチャンバ内に蓄積し、液体冷媒をポートから押し出すように構成される。
【００１２】
第4の態様によれば、本発明は、低温装置を動作させるための気体環境を提供するための方法を提供し、この方法は、チャンバが液体冷媒で充填されることと、液体冷媒から蒸発する気体を、液体冷媒がチャンバから押し出されるようにチャンバ内に蓄積させることを含む。
【００１３】
本発明は、液体冷媒で充填され、次いで、チャンバの内部を低温に維持しながら液体冷媒が排出される、チャンバを提供する。チャンバに液体を充填させることは、チャンバの内部および内容物の迅速かつ全体的な冷却をもたらすために重要である。そのような冷却段階の間、液体冷媒から蒸発する気体がチャンバを出ることが可能になり、チャンバは、流体で充填されたままとなる。
【００１４】
本発明の第3および第4の実施形態では、チャンバからの液体冷媒の排出は、チャンバの通気口を閉じることによって開始することができる。通気口が閉じられる場合、液体冷媒から蒸発する気体が、チャンバ内に蓄積し、ポートを通して液体冷媒をチャンバから追い出す。すなわち、チャンバ内の気体の圧力は、チャンバ内の液体冷媒の静水圧以上となり、液体冷媒を追い出す。気体がポートに達すると、気体は、チャンバ内に蓄積する気体と等しい量、下方ポートから流出し、静止状態をもたらし、そこでチャンバ内の装置は、実質的に液体冷媒の温度である気体環境中に設けられる。
【００１５】
使用時に、チャンバは、好ましくは、デュアー内に位置決めされ、チャンバ内の気体環境を維持しながら、デュアー内に保持される液体冷媒中に部分的に浸され、より好ましくは実質的に浸される。液体冷媒中のチャンバは、チャンバ内の気体環境の温度が実質的に使用される液体冷媒の沸騰温度に維持されるように、実質的にチャンバへの熱伝導をなくす。熱はもちろん、チャンバ内で、(1つまたは複数の)低温装置の動作によって、かつ/または(1つまたは複数の)低温装置の移動動作に必要とされる何らかの移動部品の摩擦によって生み出される。チャンバを取り囲む液体冷媒は、熱が装置および/または移動部品から、気体環境中の伝導および/または対流によりチャンバ壁および/またはポートを通して液体冷媒へと運び去られるときに、そのような熱のための熱シンクとして作用する。したがって、チャンバ壁は、好ましくは、熱導電性材料で形成される。
【００１６】
チャンバのポートは、使用時に、好ましくは、通気口が閉じられているときにチャンバを実質的に完全に排気することができるように、チャンバの下端に近接して位置決めされる。ただし、いくつかの実施形態では、使用時にポートをチャンバの下端から離して配置し、チャンバを部分的に排気することが十分なことがある。チャンバの低部内の液体冷媒の存在は、チャンバの上部の気体環境中で適当な低温を維持することを助けることができる。ポートは、チャンバの壁を通る穴とすることができる。ポートは、ポートの選択的な閉鎖または封止を可能にするための弁を備えることができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態では、チャンバは、前記チャンバの圧力の制御を可能にするために、たとえば圧力弁の使用によって封止することができる。そのような実施形態は、圧力依存特徴を有する装置がチャンバ内で作動される場合に、有利である。そのような実施形態は、チャンバ内にある入口と、チャンバの外部にあり外部液位の上方にある出口とを有する、静水圧下にあるときにチャンバ内の気体によって、液体冷媒が前記チャンバから流れることを可能にするための直立管をさらに備えることができる。直立管の入口は、好ましくは、チャンバの下端に近接している。そのような実施形態では、直立管によってチャンバの内部と外部の間の圧力を等しくすることを可能にすることができるが、外部液体冷媒およびチャンバを収容するデュアーは、好ましくは、それにもかかわらずチャンバ内で気体環境の圧力制御を提供するために封止される。
【００１８】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図1Aから図1Dは、本発明の一実施形態によるデュアーデュアー100およびチャンバ120を示す。図1Aは、チャンバ120の下方ポート122および通気口124を示すために、非使用状態のデュアー100およびチャンバ120を示す。
【００２０】
本発明の本実施形態に従って、ある冷却モードの動作を図1Bに示す。この冷却モードでは、液体冷媒102がデュアー100に導入され、チャンバ気体ポートとして働く通気口124が、弁126によって開かれており、冷媒102がチャンバ120を充填するように下方ポート122を通ってチャンバ120に入ることを可能にする。チャンバ120を充填するように冷媒102を導入することによって、チャンバ120の内部および内容物を、迅速かつ全体的に冷却することが可能になる。冷媒は沸騰してチャンバ20から気体として通気口124を通って出る。
【００２１】
チャンバ120の内部および内容物が十分に冷却されると、図1Cに示すように、チャンバ排出ステップが開始する。チャンバ120の温度は、通気口124を通る気体の流れを監視し、気体の流れが閾値流量未満に減少すると、チャンバ120の内部および内容物が十分低温であると判断することによって、推定することができる。チャンバ120から冷媒102を排出させるために、弁126を使用して通気口124が閉じられる。通気口124が閉じられると、冷媒102から蒸発する気体104がチャンバ120内に蓄積し、蒸発が続行することによって、冷媒102が下方ポート122を通ってチャンバ120の外に押し出されるように、チャンバ120内の冷媒102の静圧に対抗するのに十分な圧力が生み出される。
【００２２】
図1Dは、チャンバ120内にもたらされた気体環境104内の、1つまたは複数の低温装置の動作のための静止状態を示す。弁126は、通気口124を閉じたままにする。液体冷媒102は、デュアー100内に維持される。チャンバ120内の気体圧力は、チャンバ120外部の液体の頂部と等しく、すなわち液体冷媒をチャンバ120の外に保持する。チャンバ120は液体冷媒中に完全に浸されているので、熱はほとんどチャンバ120に入ることができず、こうしてチャンバ120の内部および内容物は、実質的に液体冷媒の沸点温度に維持される。
【００２３】
チャンバ120内で発生する熱が、チャンバ120内の温度を上昇させることがあることを理解されたい。したがって、チャンバ120内で適当な低温を維持するために、チャンバ外の熱源から、デュアー100内の冷媒によってもたらされる熱シンクへの熱の伝導が効率的になるように、チャンバ120の寸法を、チャンバ120内で動作する装置の寸法に厳密に合わせることが望ましい。またこの理由から、チャンバ120は、好ましくは熱伝導性材料で製作される。
【００２４】
図2は、本発明の第2の実施形態による、チャンバ220、チャンバ気体ポートとして働く通気口224、および駆動チェーン240、242を備える、デュアー挿入物200を示す。そのような一実施形態によって、気体環境中での移動低温装置の作動が提供される。たとえば、参照によりその内容が本明細書に組み込まれる、国際公報第2004/015435号パンフレットまたはCSIRO,Tilbrook and Leslieによる国際公開第2004/015758号パンフレットに記載されるタイプのものなど、柔軟な基材上に取り付けられた超伝導グラジオメータは、下方駆動軸240によって駆動される、ロータ装置取付け部230の下方湾曲部分上に取り付けることができる。次いで下方駆動軸240は、上方駆動軸242によって駆動される。デュアー挿入物200は、液体冷媒を保持するデュアー内に配置され、上方駆動軸242および通気口224は、液体冷媒中に浸されており、すなわちチャンバ220に熱をほとんど伝導しない。ステータ装置取付け部232は、デュアーからの液体が、図1Aから図1Dを参照して上記で説明したやり方で、チャンバ220を充填し、それを冷却し、そこから排出されることを可能にするための、下方ポート222を備える。
【００２５】
理解されるように、キャビティ226は、さらなる気体領域をキャビティ226内に作り出すために、下方ポート222の外側に設けられる。キャビティ226の寸法を変えることによって、駆動軸242が垂直からずれるように、デュアー挿入物およびデュアーをある角度に配置することが可能になる。そのような構成は、デュアー挿入物が、直交して配置された軸を有する複数の回転するグラジオメータのうちの1つとして使用するためのものである場合に、望ましいことがある。そのような構成は、国際公開第2004/015435号パンフレットの図2に記載されており、それと関連付けて図2の実施形態を適用することができる。
【００２６】
図3は、本発明の第3の実施形態による、低温気体環境を提供するための装置300を示す。装置300は、デュアー302、およびデュアー挿入物304を備える。デュアー挿入物304は、チャンバ320、チャンバ気体ポートとして働く通気口324、および駆動チェーン340、342を備える。この場合も、柔軟な基盤上に取り付けられた超伝導グラジオメータを、下方駆動軸340によって駆動されるロータ装置取付け部330の、下方湾曲部分上に取り付けることができる。次いで下方駆動軸340は、上方駆動軸342によって駆動される。デュアー挿入物304が液体冷媒306を保持するデュアー302内に配置されると、上方駆動軸342が、液体冷媒中に浸され、チャンバ320に熱をほとんど伝導しない。ステータ装置取付け部332はたとえば、ロータ330上に取り付けられた回転するグラジオメータに磁束結合された、静止SQUIDを支持するように設けられる。チャンバ320はさらに、デュアー302からの液体306が、図1Aから図1Dを参照して上記で説明したやり方で、チャンバ320を充填し、それを冷却し、そこから排出されることを可能にするための、下方ポート322を備える。
【００２７】
さらに、さらなる気体領域をキャビティ326内に作り出すために、下方ポート322の外側にキャビティ326が設けられる。キャビティ326の寸法を変えることによって、駆動軸342が垂直からずれるように、デュアー挿入物304および/またはデュアー302をある角度に配置することが可能になる。そのような構成は、デュアー挿入物304が、直交して配置される軸を有する複数の回転するグラジオメータのうちの1つとして使用するためのものである場合に、望ましいことがある。そのような構成は、国際公開第2004/015435号パンフレットの図2に記載されており、それに関連付けて本実施形態を適用することができる。
【００２８】
図4は、本発明の第4の実施形態による、低温気体環境を提供するための装置400を示す。装置400は、ガラスの真空フラスコリフィルであるデュアー402、チャンバ420、弁424、および駆動軸440を備える。装置400は、PVCチューブ(図示せず)内に収容することができ、PCVチューブは、たとえば磁界検出装置がチャンバ420内で作動される場合に、RF干渉シールドを実行するために内面および外面の両方を銀塗料で被覆することができる。超伝導装置は、駆動軸440によって駆動されるロータ装置取付け部430上に取り付けることができる。駆動軸440は、たとえば、手動またはモータ駆動とすることができる。デュアー402は、チャンバ420を浸す液体冷媒406を保持する。装置400は、チャンバ420内でチャンバ420の下端に近接する入口を有し、チャンバ420内の液体冷媒を液面452まで引き下げることを可能にする、直立管428をさらに備える。直立管428の出口は、チャンバ420の外側にあり、かつ、液体406がデュアー402の内部をそこまで満たす液面450より上にある。
【００２９】
弁462は、チャンバ420内外への液体の流れを選択的に可能にするように、開閉することができる。弁464は、気体または液体がデュアー402の外に流出することを可能にするために開くことができる。弁466および圧力調節器468は、チャンバ420内の気体圧力を、圧力調節器468によって規定されるレベル以下に保持することを可能にする。バーストディスク470が、デュアー402内の圧力がバーストディスク470のバースト圧力を超える場合に、故障メカニズムを提供する。
【００３０】
たとえば、ロータ430上に取り付けられた回転するグラジオメータに磁束結合される静止SQUIDを支持するために、ステータ装置取付け部432が設けられる。磁束結合を最大限にするために、ロータ430とステータ432の間の間隙を最小限に抑えることが望ましいことがある。この場合、たとえばロータ430とステータ432の間の接触を防ぐことによって、温度のばらつきがロータ430とステータ432との間の物理的な間隙に望ましくない影響を与えないように、ロータ430およびステータ432は、好ましくは熱膨張係数が低い(1つまたは複数の)材料で構築される。
【００３１】
図5は、図4に示す装置400のチャンバ420の冷却および排出のプロセス500を示すフローチャートである。ステップ502にて、プロセスが開始する。ステップ504にて、弁464、462および424が開かれ、弁466が閉じられる。ステップ506にて、液体冷媒、この例では液体窒素が、弁424を通して注入される。このステップ中は、弁462が開いているので、液体冷媒がチャンバ420とデュアー402の間を自由に移動する。弁424を通り液体窒素が入ることによって、チャンバ420およびデュアー402内のガス体が追い出され、これは弁464を通って出ることができる。液体窒素の注入は、液位が実質的に液面450のところにくるまで続く。液位を決定するために、センサ(図示せず)をデュアー402内に設けることができる。
【００３２】
チャンバ420およびデュアー402を液体窒素でそのように充填させることによって、デュアー402およびチャンバ420内の全ての構成要素の全体的かつ有効な冷却が行われる。デュアー402およびチャンバ420内の温度が液体窒素の温度に近づくにつれて、液体窒素が蒸発し、窒素ガスを生成し、これも同様に、弁464を通って出ることができる。液体窒素は好ましくは、液位を実質的に液面450に維持するために、この段階全体を通して導入される。この段階中に弁464から出る気体の流量は、チャンバ内の液体窒素の蒸発量に相当し、これは、チャンバ内容物の温度を示す。すなわち、弁464を出る気体流量の監視によって、チャンバ420およびデュアー402内の構成要素の温度を表すことができる。
【００３３】
チャンバ420内の温度が適当な水準であるとみなされると、ステップ508にて弁462を閉じることができる。ステップ510にて、窒素ガスが、弁424を通してチャンバ420内へと給送される。窒素ガスは好ましくは、チャンバ420内に過剰な熱が導入されることを防ぐために、窒素の沸騰温度に近い温度とする。気体が弁424を通って入り、チャンバ420内での液体窒素の蒸発により窒素ガスが生成されやすいので、また、弁462が閉じられているので、チャンバ420内の液体窒素は、デュアー402内の液位が液面450より上に、たとえば図4に示す液面へと上昇することができるように、静圧下で直立管428を通ってチャンバ420の外へと押し出される。気体は、チャンバ420内の液位が実質的に液面452へと落ちるまで、チャンバ420内に注入され蓄積される。液面452は、チャンバ420内に液位センサを設けることによって監視することができる。あるいは、液面452は、チャンバ420内の連続的な気体の蓄積によって、液体ではなく気体が直立管428を上方へと通過するように、直立管428の下端と同じ高さになるように構成することができる。
【００３４】
チャンバ420内の液体が実質的に液面452まで落ちると、ステップ512にて、弁464および424が、デュアー402およびチャンバ420を圧力封止するように閉じられる。チャンバ420内の気体圧力が圧力調節器468によって調節されるように、弁466が開かれる。一定の気体圧力を維持することによって、チャンバ420の気体環境中で動作させることができる、圧力依存特徴を有する装置の感度が向上する。チャンバ420内に所望の低温気体動作環境が実現された状態で、ステップ514にてプロセスが終了する。適当な低温状態を、そのような気体環境中で約3時間維持することができることが証明されている。
【００３５】
チャンバ120、220、320、または420のいずれか1つの気体環境中で動作する装置は、磁気センサとすることができる。そのような環境では、装置100、200、300、400の材料はすべて、好ましくは非磁性体である。さらに、図1から図4の環境の移動部品は、低温にて自己潤滑性を有するべきであり、一致し、かつ/または低い熱膨張係数を有するべきである。たとえば、デュアー挿入物200は、それぞれエポキシ含浸ガラス繊維織物で形成されたいくつかの区間を備えることができ、各区間は隣接する区間に対向するように巻かれた面を有する。そのようなモジュール構造は、たとえば、異なる装置が使用される場合にチャンバ区間220を交換するなど、区間の交換に有利である。ナイロンスクリューによって、区間が互いに保持され、少量のシリコーングリースを表面に塗布することによって、気体を収容するために区間が互いに有効に封止される。
【００３６】
各ロータ230、330、430は、機械加工可能なセラミックによって形成することができ、駆動軸240、340、440は、研削されたパイレックス（登録商標）ガラスのスピンドルとすることができる。図3を参照すると、パイレックス（登録商標）スピンドル駆動軸340が、チャンバ320のハウジング内に押し込まれたグラファイト軸受344内に延びており、繊維ガラス駆動ドッグ346が、軸受344の外面上でスピンドル340上に押し付けられている。ドッグ346と軸受344との間に延びる面は、ステータ332からのロータ330の垂直方向の間隙を調節し、ロータ330と軸受344の間のプラスチックばねによって、予圧をかけることができる。グラファイト軸受348をその上端にて担持し、その下端がチャンバ320の上方部分内へと押し込まれる、薄肉のキュプロニッケル管304が、長く薄い研削されたパイレックス（登録商標）ガラスロッド342によって、駆動ドッグ346がそれに係合する摺動継手350へと、回転を伝達する。この方法で、熱効果による駆動スピンドル342の長さのばらつきは、ロータ330とステータ332の分離に影響を及ぼさず、すなわち、そのような装置がロータ330およびステータ332上に取り付けられる場合に、テープからSQUIDの間隔を変えない。室温環境ではスピンドル342の上端部にて、単段エピサイクリックプラスチック歯車よってスピンドル342を駆動するために、パドルホイールタイプの空気モータが使用される。回転角度は、スピンドル上に取り付けられた光学軸エンコーダによって監視される。
【００３７】
SQUIDによって見られる垂直磁界成分を減衰させるために、パターン化された超伝導薄膜磁気シールドを、たとえばSQUIDなどのステータ装置の真下の、モジュール上に取り付けることができる。モジュールの取付けにより、室温環境へと取り出される細いロッドによって調整可能な3つの差動ねじによる、シールドの良好な傾斜および位置決めが可能になる。
【００３８】
具体的な実施形態で示したような本発明に、広範に説明されるような本発明の精神または範囲から逸脱することなく、数多くの変形および/または修正を加えることができることが当業者には理解されるであろう。したがって、本実施形態は全体的に、例示的であるが限定的ではないとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】本発明の一実施形態によるデュアーおよびチャンバを示す図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態によるデュアーおよびチャンバを示す図である。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態によるデュアーおよびチャンバを示す図である。
【図１Ｄ】本発明の一実施形態によるデュアーおよびチャンバを示す図である。
【図２】本発明の第2の実施形態による、チャンバ、通気口、および駆動軸を示す図である。
【図３】本発明の第3の実施形態による、低温気体環境を提供するための装置を示す図である。
【図４】本発明の第4の実施形態による、低温気体環境を提供するための装置を示す図である。
【図５】図4の装置のチャンバの冷却および排出プロセスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
100  デュアー
102  冷媒
120  チャンバ
122  下方ポート
124  通気口
126  弁
200  デュアー挿入物
220  チャンバ
222  下方ポート
224  通気口
226  キャビティ
230  ロータ装置取付け部
232  ステータ装置取付け部
240  下方駆動軸
242  上方駆動軸
300  装置
302  デュアー
304  デュアー挿入物
306  液体冷媒
320  チャンバ
322  下方ポート
324  通気口
326  キャビティ
330  ロータ装置取付け部
332  ステータ装置取付け部
340  下方駆動軸
342  上方駆動軸
344  グラファイト軸受
346  繊維ガラス駆動ドッグ
348  グラファイト軸受
350  摺動継手
400  装置
402  デュアー
406  液体冷媒
420  チャンバ
424  弁
428  直立管
430  ロータ装置取付け部
440  駆動軸
450  液面
452  液面
462  弁
464  弁
466  弁
468  圧力調節器
470  バーストディスク
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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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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【国際調査報告】
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