助成番号
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

SQUID 磁気センサを利用した高感度地磁気連続観測システムの開発と有効性の検証

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Development and evaluation of a highly sensitive geomagnetic detection system using
SQUID magnetometers

研究氏
代表名
者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）カワイ名）ジュン

研究期間 Ｂ

２０１１～ ２０１２

漢字 ＣＢ

河合淳

報告年度 ＹR

２０１２年

ﾛｰﾏ字 ＣＺ KAWAI

JUN

研究機関名

金沢工業大学研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名河合 淳

年

金沢工業大学先端電子技術応用研究所・教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
高感度な地磁気計測を目的として、超伝導量子干渉素子（SQUID）を用いたシステムを試作し、野外実験を行いながら実用性の検証を行った。システムは、地磁気の XYZ 成分を検出する SQUID マグネトメータ、SQUID を冷却するためのFRP 製のクライオスタット、SQUID 駆動回路で構成されている。SQUID は Si 基板上に薄膜形成された Nb 系の磁束伝達方式で（図 1 右上）、分解能は 15fT/√Hz@100Hz および 2pT/√Hz@0.01Hz であるが、低周波ノイズはプリアンプの 1/ｆノイズが支配的である。クライオスタットは直径 0.42m、高さ 1m、液体ヘリウムの容量は 35L で 1 ヶ月間の連続冷却が可能である。ダイナミックレンジは±150nT に設定したが、最小検出磁場は 15pT とデータロガーの分解能によって制限された。
野外計測実験を行うために当研究所の敷地内に木造の実験棟を建設し（図 1 右下）、2012 年 4 月よりシステムを設置して連続計測を行いながら実用性の検証を行った。設置場所は北緯 36°30’00.8”、東経 13°41’51.5”、標高 199m である。クライオスタットは地面に設けられた穴に設置され、SQUID センサは地表面より深さ 1m に位置している。
図 1 左に本システムで計測した 2012 年 5 月 12 日～14 日の約 2 日間の地磁気変動の信号例を示す。X、Y、Z はそれぞれ南北、東西、鉛直成分であり、拡大波形からもわかるように地磁気の変動が高感度に計測できていることがわかる。また、南北成分のデータにカットオフ 150 秒のデジタルハイパスフィルタ処理を施した波形が示すように、周期 100 秒程度のPi2 と呼ばれる地磁気脈動がきれいに検出できていることが確認できた。
本研究によって、SQUIDが高感度地磁気計測に有効であることが確認できた。一方、気温の変化による温度ドリフト（7pT/℃）が原因となって磁束ジャンプなどの誤動作が起こることや、200nT を超えるような大きな磁気嵐に対するダイナ ミ ックレン ジの不 足 など実用化に向けの課題も検証できた。今後は、このシステムをさらに改良して実用化を目指す予定である。

図1

キーワード ＦＡSQUID

SQUID で計測した地磁気変動と SQUID チップおよび観測棟内部

地磁気高感度（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢSQUID 磁束計による地磁気計測の検討

著者名 ＧＡ河合 淳、宮本政和
雑誌名 ＧＣ
他

雑誌

ページ ＧＦ発行年 ＧＥ

２０１２

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢSQUID 磁力計の高感度地磁気計測への応用の提案と実用化の検討

著者名 ＧＡ河合 淳、宮本政和
雑誌名 ＧＣ
他

雑誌

１１.１０５2012 春期第 59 回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集

ページ ＧＦ

SEM22-06

発行年 ＧＥ

日本地球惑星科学連合 2012 年大会 予稿
２０１

論文標題ＧＢSQUID 磁束計による地磁気計測の実用化を目指して

著者名 ＧＡ河合 淳

２巻号 ＧＤ２巻号 ＧＤ

雑誌

ページ ＧＦ

超電動 Web21

発行年 ＧＥ

２０

論文標題ＧＢSQUID 磁束計による野外地磁気計測の検証 I

著者名 ＧＡ河合 淳，宮本政和
雑誌名 ＧＣ他

雑誌

１０～１１

雑誌名 ＧＣ

ページ ＧＦ１１.１３５

発行年 ＨＤ

１８月号

2012 年秋期第 73 回応用物理学会学術講演会 講演予稿集

２０１

２巻号 ＧＤ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

欧文概要 ＥＺ
We have developed a prototype of highly sensitive detection system for geomagnetic fields by using superconducting
quantum interference devices (SQUIDs) and demonstrated field measurements in order to evaluate its performance. Thesystem is configured with 3-axis SQUID magnetometers, driving electronics and a cryostat made of GFRP, whose size is0.42 m in diameter, 1 m in height and 35 L in capacity. With this cryostat, the SQUIDs are operated in superconductive
state for a month. The field noise of the SQUID magnetometer is 15 fT/√Hz@ 100Hz and 2pT/√Hz@0.01Hz. The low
frequency noise is mainly attributed to the 1/f noise of the preamplifier in the driving electronics. The dynamic range was
set to be ±150 nT and the minimum field resolution of the system is 15 pT, which is limited by the resolution of the datalogger with 14 bit ADC.
The field test was performed in a wooden cabin built on our laboratory premises. The SQUIDs were located 1 m below
the ground level. We confirmed that the system is able to detect geomagnetic signals with high sensitivity. However, wealso confirmed that the output drift due to temperature change, which was 7 pT/°C, causes fluctuation in the operation of
the SQUID and small flux jumps consequently. In addition, the dynamic range was not enough for a big magnetic storm
over 200 nT. Based on these results, we next plan to improve this prototype and realize a practical system as a promising
tool for research on geomagnetism.

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