2C-a01

小型冷凍機

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Table 1 Summry of Operating hours㸦September 30, 2010㸧㼀㼑㼟㼠㻌㻹㼛㼐㼑㼘㼟㻌䐟㻱㼚㼓㼕㼚㼑㼑㼞㼕㼚㼓㻌㻹㼛㼐㼑㼘㻌䐠㻼㼞㼛㼠㼛㼠㼥㼜㼑㻌㻹㼛㼐㼑㼘䠉䠍㻌䐡㻼㼞㼛㼠㼛㼠㼥㼜㼑㻌㻹㼛㼐㼑㼘䠉䠎㻌㼀㼑㼙㼜㻚㻌
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第83回

2010年度秋季低温工学・超電導学会

2C-a02

小型冷凍機

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第83回

2010年度秋季低温工学・超電導学会

2C-a03

小型冷凍機

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2C-a04

小型冷凍機

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Refrigerat ion capacity
Compressor electric power

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Heat Load(W)

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第83回

2010年度秋季低温工学・超電導学会

2C-a05

小型冷凍機

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Development of 20K Stirling-type Pulse Tube Cryocooler▼Ώ ὒᚿ䠈ᕷᕝ ༤ு㻘㻌 ᒾ⏣ ᒎᖾ㻘㻌 ᒣᮏ ᐶ䠄᪥ᮏ኱Ꮫ䠅䠗 ቑᒣ ᪂஧䠄኱ᓥၟ⯪㧗ᑓ䠅㻧⋢⏣ ຮ㻘㻌 ᘧ⏫ ᾈ஧㻘㻌 ᖹ㔝 ┤ᶞ㻘㻌 㛗ᒇ 㔜ኵ䠄୰㒊㟁ຊ䠅䠥䠯䠤䠥䠳䠝䠰䠝 䠤䡅䡎䡋䡏䡄䡅㻘㻌㻵㻯㻴㻵㻷㻭㼃㻭㻌㻴㼕㼞㼛㼍㼗㼕㻘㻌㻵㼃㻭㼀㻭㻌㻺㼛㼎㼡㼥㼡㼗㼕㻘㻌㼅㻭㻹㻭㻹㻻㼀㻻㻌㻴㼕㼞㼛㼟㼔㼕㻔㻺㼕㼔㼛㼚㻌㼁㼚㼕㼢㻚㻕㻧㻌㻹㻭㻿㼁㼅㻭㻹㻭㻌㻿㼔㼕㼚㼖㼕㻔㻻㼟㼔㼕㼙㼍㻌㻺㼍㼠㼕㼛㼚㼍㼘㻌㻯㼛㼘㼘㼑㼓㼑㻌㼛㼒㻌㻹㼍㼞㼕㼠㼕㼙㼑㻌㼀㼑㼏㼔㼚㼛㼘㻚㻕㻧㻌 㻌㼀㻭㻹㻭㻰㻭㻌㼀㼟㼡㼠㼛㼙㼡㻘㻌㻿㻴㻵㻷㻵㻹㻭㻯㻴㻵㻌㻷㼛㼡㼖㼕㻘㻌㻴㻵㻾㻭㻺㻻㻌㻺㼍㼛㼗㼕㻘㻌㻺㻭㻳㻭㼅㻭㻌㻿㼔㼕㼓㼑㼛㻔㻯㼔㼡㼎㼡㻌㻱㼘㼑㼏㼠㼞㼕㼏㻌㻼㼛㼣㼑㼞㻌㻯㼛㻚㻕㻌㻱㻙㼙㼍㼕㼘㻦㻌㼔㼥㼍㼙㼍㻬㼑㼏㼟㻚㼏㼟㼠㻚㼚㼕㼔㼛㼚㻙㼡㻚㼍㼏㻚㼖㼜㻌㸬ࡣࡌࡵ࡟
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1C-P02.

ᕤ Ꮫ 䞉 ㉸㟁 ᑟᏛ ఍ ,Fig. 1 Schematic view and photo of the two-stage pulse tube
cooler system.

Fig. 2 Schematic view of the heat exchanger for thepseudo-two stage pulse cooler operation.

Fig. 3 Example of the pressure-piston displacement lissajous.

― 173 ―

第83回

2010年度秋季低温工学・超電導学会

2C-a06

小型冷凍機

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Compressor
MotionController

Orifice

RV

Double
inlet

Pulse
tube

Rotary Valve
Regenerator㻌㻲㼕㼓㻚㻝㻌㻱㼤㼜㼑㼞㼕㼙㼑㼚㼠㼍㼘㻌㻭㼜㼜㼍㼞㼍㼠㼡㼟㻌Constant

360

HPP:High Pressure Period
LPP:Low Pressrue Period

240

1.5

180
1.0

120

0.5
0

0

Pressure (MPa)

2.5

0.2

60

LPP

HPP

Angle (deg.)

300

2.0

0
0.4
Time (sec)

0.6

0.8

㻌
360

Motion Control

300

2.0

240

1.5

180

1.0

120

0.5

HPP

0

0

0.2

60

LPP
0.4
Time (sec)Angle (deg.)

Pressure (MPa)

2.5

0.6

0.8

0

㻌
SupplyReturnRegen.

PT Buffer tank

Motor Angle㻌㻲㼕㼓㻚㻞㻌㻼㼞㼑㼟㼟㼡㼞㼑㻌㼃㼍㼢㼑㼟㻌㼍㼚㼐㻌㻹㼛㼠㼛㼞㻌㻭㼚㼓㼘㼑㻌㼀㼍㼎㼘㼑㻚㻝㻌㻵㼚㼜㼡㼠㻌㻰㼍㼠㼍㻌㼒㼛㼞㻌㻹㼛㼠㼕㼛㼚㻌㻯㼛㼚㼠㼞㼛㼘㻌
Input dataRotaryMotionValve

Control

(pps)

HPP

58.4°

58.2°

502

65

Close

30.5°

17.3°

882

34

(step)

LPP

60.6°

87.2°

374

67

Close

30.5°

17.3°

882

34

1.6
Cooling Power (W)㻝䠊䛿䛨䜑䛻㻌
ᮏ◊✲ᐊ䛷䛿Ỉ⣲ෆ⇞ᶵ㛵⮬ື㌴䛾◊✲㛤Ⓨ䜢⾜䛳䛶䛔䜛䚹㧗✚㍕㔞䛾⌮⏤䛛䜙䚸Ỉ⣲䛾㌴㍕᪉ἲ䛻䛿ᾮయỈ⣲䜢᥇⏝䛧䛶䛔䜛䛜䚸ᾮయỈ⣲䝍䞁䜽䜈䛾⇕౵ධ䛻䜘䜚䝪䜲䝹䜸䝣
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1.2

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0.4

Constant

0
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20

22
24
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第83回

2010年度秋季低温工学・超電導学会

2C-a07

小型冷凍機

䜰䜽䝔䜱䝤ᆺ⇕㡢㡪ᶵჾ䛻䛚䛡䜛䜶䝛䝹䜼䞊ቑᖜ≉ᛶホ౯㻌㻱㼚㼑㼞㼓㼥㻌㼒㼘㼛㼣㻌㼍㼚㼍㼘㼥㼟㼑㼟㻌㼒㼛㼞㻌㼠㼔㼑㻌㼍㼏㼠㼕㼢㼑㻌㼠㼥㼜㼑㻌㼠㼔㼑㼞㼙㼛㼍㼏㼛㼡㼟㼠㼕㼏㻌㼐㼑㼢㼕㼏㼑㻌ຍ⸨㻌 ┤ᶞ㻔ྡ኱㻕㻧㻌 ๓ᕝ㻌 㱟ྖ㻔㻵㼀㻱㻾㻕㻧㻌ᒾᮏ㻌 ᫭ྐ㻘㻌 㮚ぢ㻌 㔜ᖾ㻔㻺㻵㻲㻿㻕㻧㻌 ᮾ஭㻌 ࿴ኵ㻔㻺㻵㻲㻿㻘ྡ኱䠅㻌㻷㻭㼀㻻㻌㻺㼍㼛㼗㼕㻌㻔㻺㼍㼓㼛㼥㼍㻌㼁㼚㼕㼢㻚㻕㻧㻌㻹㻭㻱㻷㻭㼃㻭㻌㻾㼥㼡㼖㼕㻌㻔㻵㼀㻱㻾㻕㻧㻌㻵㼃㻭㻹㻻㼀㻻㻌㻭㼗㼕㼒㼡㼙㼕㻘㻌㼀㻭㻷㻭㻹㻵㻌㻿㼔㼕㼓㼑㼥㼡㼗㼕㻌㻔㻺㻵㻲㻿㻕㻧㻌 㼀㻻㻵㻌㻷㼍㼦㼡㼛㻌㻔㻺㻵㻲㻿㻘㻌㻺㼍㼓㼛㼥㼍㻌㼁㼚㼕㼢㻚㻕㻌㻱㻙㼙㼍㼕㼘㻦㻌㼗㼍㼠㼛㻚㼚㼍㼛㼗㼕㻬㼘㼔㼐㻚㼚㼕㼒㼟㻚㼍㼏㻚㼖㼜㻌d m bc
dt
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dt

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第83回

2010年度秋季低温工学・超電導学会

2C-a08

冷凍機応用 / 低温基地

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第83回

2010年度秋季低温工学・超電導学会

2C-a09

冷凍機応用 / 低温基地

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IKEDA Hiroshi, ( University of Tsukuba ), AOYAMA Yuichi, HYAKAWA Hideaki, DOI Koichiro, SHIBUYA Kazuo (NIPR)
E-mail: ikeda@bk.tsukuba.ac.jp㸬ࡣࡌࡵ࡟ࡢ㍺㏦ࢆ⾜࠺ࡇ࡜ࡀฟ᮶ࡓࠋ࡞࠾ࠊ༡ᴟ࡟࠶ࡿ㉸ఏᑟ㔜ຊ༡ᴟ᫛࿴ᇶᆅ࡛ࡣ  ᖺ࠿ࡽ . ࢱ࢖ࣉ *0 ෭෾ᶵࢆ⿦
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― 177 ―

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第83回

2010年度秋季低温工学・超電導学会

2C-a10

冷凍機応用 / 低温基地

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CO2 vessel

Vacuumchamber
Cold box

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40

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C

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第83回

2010年度秋季低温工学・超電導学会

2C-a11

冷凍機応用 / 低温基地

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Study on absorption/desorption characteristics of the metal hydride tank for boil-off gas
from liquid hydrogen୰⣡ ᬡὒ, ๓⏣ ဴᙪ, ఀ⸨ ༤ ⏘⥲◊ ; ቑ⏣ ṇኵ, ᕝୖ ⌮ு, 㧗◁⇕Ꮫ ୹ୗᏛ㸦Ⱚᾆᕤ኱㸧;す⏣ ᜨ୍㸦ᮾᕤ኱㸧; 㧗ᶫᚭ㸦⟃Ἴ኱㸧
NAKANO Akihiro, MAEDA Tetsuhiko, ITO Hiroshi (AIST); MASUDA Masao, KAWAKAMI Yoshiaki (TTE Co.,Ltd.);
TANGE Manabu (Shibaura Inst. Tech.); NISHIDA Keiichi (Tokyo Tech); TAKAHASHI Toru (Univ. of Tsukuba )E-mail : a.nakano@aist.go.jpࡣࡌࡵ࡟㻌 ᡃࠎࡣ⤫ྜᆺỈ⣲฼⏝㺚㺛㺡㺯࡟㛵ࡍࡿ◊✲ࢆ㐍ࡵ࡚࠸ࡿࠋỈ⣲㈓ⶶ࡟ࡣỈ⣲྾ⶶྜ㔠㺞㺻㺖ࢆ᥇⏝ࡋ La 䛸 Ni 䜢ྵ䜐 AB5⣔ྜ㔠ࢆ౑⏝ࡋ࡚࠸ࡿࠋᮏ㺚㺛㺡㺯ࡢ㐠⏝࡛ࡣᾮయỈ⣲ࡢ㺬㺼㺐㺷㺓㺪㺔㺼㺛(BOG)ࢆỈ⣲྾ⶶྜ㔠㺞㺻㺖࡟㈓ⶶ࣭฼⏝ࡍࡿ㺗㺎㺛ࡶ⪃៖ࡋ࡚࠸ࡿࠋᾮయỈ⣲ࡢ BOG ࡣ࡯ࡰ඲࡚㺨㺽㺵Ỉ⣲࡛ᵓᡂࡉࢀᡃࠎࡀᬑẁ౑⏝ࡋ࡚࠸ࡿ㺧㺎㺭㺷Ỉ⣲࡜ࡣⱝᖸ␗࡞ࡿ⇕≀ᛶࢆ♧ࡍࠋLaNi5 ྜ㔠࡟ゐࢀࡓ㺨㺽㺵Ỉ⣲ࡣ㺓㺷㺝Ỉ⣲࡬ࡢኚ᥮ࡀ௚ࡢྜ㔠࡟ẚ࡭࡚᪩ࡃ㐍ࡴ࡜࠸࠺ሗ࿌ 1 ࡀ࠶ࡗࡓࡇ࡜
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2a ࡛ࡣᐇ㦂⤖ᯝ࡜ᩘ್ゎᯒ⤖ᯝࡀ㠀ᖖ࡟Ⰻࡃ୍⮴ࡋ࡚࠸ࡿࡇ࡜ࡀศ࠿ࡿࠋFig. 2b ࡛ࡣ㺧㺎㺭㺷Ỉ⣲࡜㺨㺽㺵Ỉ⣲ࡢᩘ್ゎᯒ⤖ᯝࡢ㛫࡟㺨㺽㺵㺓㺷㺝ኚ᥮⇕࡟క࠺ⱝᖸࡢ ᗘᕪࡀࡳࡽࢀ
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(2006) pp.89-92.

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― 179 ―

第83回

2010年度秋季低温工学・超電導学会

2C-a12

冷凍機応用 / 低温基地

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J-PARC 䛾᰾◚○୰ᛶᏊ※䛷䛿䚸1 MW ⣭䛾㝧Ꮚ䝡䞊䝮䛻䜘䜛᰾◚○཯ᛂ䛻䜘䛳䛶Ⓨ⏕䛧䛯㧗㏿୰ᛶᏊ䜢㉸⮫⏺ᅽỈ⣲(1.5 MPa, 20 K)䛻䜘䛳䛶෭୰ᛶᏊ䛻ῶ㏿䛥䛫䜛䛯䜑䛾పỈ⣲䝅䝇䝔䝮䠄Fig.1䠅䜢㛤Ⓨ䛧䛯䚹2009 ᖺ 11 ᭶࠿ࡽ 120kW
㝧Ꮚ䝡䞊䝮ฟຊ䛾Ᏻᐃ㐠㌿䜢ᐇ᪋䛧䛶䛔䜛䚹᫖ᖺ 12 ᭶࡟▷᫬㛫࡛ࡣ࠶ࡿࡀࠊึࡵ࡚ࡢ 300 kW 㝧Ꮚࣅ࣮࣒㐠㌿࡟ᡂຌࡋࡓࠋᮏㅮ₇࡛ࡣࠊ300kW 㝧Ꮚࣅ࣮࣒ධᑕ᫬࡟࠾ࡅࡿప
Ỉ⣲ࢩࢫࢸ࣒ࡢືⓗᣲືヨ㦂⤖ᯝ䛻䛴䛔䛶ሗ࿌䛩䜛䚹Proton beam (kW)400
302 kW

300
200

Proton beam injection
100

Proton beam power0

Temperature (K)20.85 K
20.0
Temperature rise of 0.2 K at 27 s.
T05 (Heater inlet)

19.0
0.2 K

18.0
Heater power (W)T06 (Heater outlet)

20.94 K

21.0

T01 (Supply)
0.1 K

5000

Dynamic control starts at 27 s.

4513 W4000

17.9 K

Temperature

1013 W

Heater power

3000

1.508 MPa

1.51
Pressure (MPa)䠏䠊㻌 㻟㻜㻜㻌㼗㼃 㝧Ꮚ䝡䞊䝮ධᑕ᫬䛾ᅽຊኚື⤖ᯝ㻌
Fig.2 ࡟ 302 kW 㝧Ꮚࣅ࣮࣒ධᑕ᫬࡟࠾ࡅࡿ ᗘࠊᅽຊࠊ
ࣄ࣮ࢱࠊ࢔࣒࣮࢟ࣗࣞࢱࡢᣲືࢆ♧ࡍࠋ302 kW 㝧Ꮚࣅ࣮࣒ࡀධᑕࡉࢀࡿ࡜ࠊỈ⣲࣮ࣝࣉࡢᅽຊ㸦P1㸧ࡣୖ᪼ࡍࡿ
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ࡿࠋ27 ⛊ᚋࠊࣄ࣮ࢱධཱྀ(T05)࡛ 0.2 K ࡢ ᗘୖ᪼ࢆ᳨▱ࡋࡓࡢ࡛ࠊࣇ࢕࣮ࢻࣇ࢛࣮࣡ࢻไᚚ࡟ࡼࡾࠊ㝧Ꮚࣅ࣮࣒⇕㈇Ⲵ࡟┦ᙜࡍࡿ 1013 W ࡢࣄ࣮ࢱฟຊࢆ㝆ୗࡉࡏࡓࠋࣄ
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ᚚࢆే⏝ࡋࡓࣄ࣮ࢱไᚚ࡟ࡼࡾࠊࣄ࣮ࢱୗὶᇦ࡟࠾ࡅࡿ
ᗘኚືࡀᢚไࡉࢀࠊࡑࡢ⤖ᯝࠊࣅ࣮࣒ධᑕ┤ᚋࡢ㐣Ώⓗ࡞ᅽຊኚືࡣ࡞ࡃࠊ▷᫬㛫࡛Ᏻᐃࡋࡓ≧ែࢆᚓࡿࡇ࡜
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Fig.1 Overview of the cryogenic hydrogen system

1.50

P2 (Helium pressure in the bellows)
P1 (Hydrogen pressure)

1.499 MPa

1.49

2.7 kPa1.492 MPa

12 kPa1.48
1.47

Accumulator level (mm)䠎䠊ᅽຊไᚚ᪉ἲప Ỉ⣲ࢩࢫࢸ࣒ࡣࠊ㠀ᅽ⦰ᛶࡢ㉸⮫⏺ᅽỈ⣲ࡢ㛢࣮ࣝࣉࢆᙧᡂࡍࡿࠋࡑࡢࡓࡵࠊࣅ࣮࣒ධᑕ࣭೵Ṇ᫬࡟ࡣࠊࣔࢹ࣮ࣞࢱ ᗘࡀኚືࡍࡿࡇ࡜࡟ࡼࡗ࡚ࠊ኱ࡁ࡞ᅽຊኚ
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ᢚไࡍࡿࡓࡵ࡟ࠊ࣮࣋ࣟᵓ㐀ࢆ᭷ࡍࡿ࢔࣒࣮࢟ࣗࣞࢱ㸦ᐜ✚ኚື㸸15.7L㸧࡟ࡼࡿỈ⣲࣮ࣝࣉࡢᐜ✚ࢆኚືࡉࡏࡿ᪉
ἲ࡜ࣔࢹ࣮ࣞࢱ࡛୚࠼ࡽࢀࡿ⇕㈇Ⲵࢆࣄ࣮ࢱ㸦᭱኱ฟຊ㸸7kW㸧࡟ࡼࡾ⿵ൾࡍࡿ᪉ἲࢆే⏝ࡋࡓᅽຊไᚚࢩࢫ
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ࢱ࡟ࡼࡾ⿵ൾࡋࠊࣄ࣮ࢱฟཱྀ ᗘࢆ 20.9K ࡟ಖᣢࡍࡿࡼ
࠺࡟ PID ไᚚ࡟ࡼࡿࣄ࣮ࢱฟຊไᚚࢆ⾜ࡗ࡚࠸ࡿࠋ1 MWࡢ㝧Ꮚࣅ࣮࣒ࡀධᑕࡉࢀࡿ࡜ࠊࣔࢹ࣮ࣞࢱ㒊࡛ࡣ 3.75 kW
ࡢ᰾Ⓨ⇕ࢆ྾཰ࡍࡿࡓࡵ࡟ ᗘࡀୖ᪼ࡋࠊࡑࢀࡀὶ㏿࡟஌ࡗ࡚ୗὶഃࡢࣄ࣮ࢱ㒊ࡲ࡛⛣ືࡍࡿࠋࣄ࣮ࢱධཱྀ࡛ࠊ
0.2 K ௨ୖࡢ ᗘୖ᪼ࢆ᳨▱ࡍࡿ࡜ࠊ᰾Ⓨ⇕㔞┦ᙜࡢࣄ࣮ࢱฟຊࢆ▐᫬࡟㝆ୗࡉࡏࡿࠋࡑࡢᚋࠊࣄ࣮ࢱฟຊࡣࠊࣄ
࣮ࢱฟཱྀ ᗘࢆ㝧Ꮚࣅ࣮࣒ධᑕ๓࡜ྠࡌ 20.9 K ࡟ಖᣢࡍࡿࡼ࠺࡟ࠊPID ไᚚ࡟ࡼࡾㄪᩚࡉࢀࠊ⇕㈇Ⲵኚືண ್࡜ᐇ㝿࡟༳ຍࡉࢀࡓ⇕㈇Ⲵ࡜ࡢ⿵ṇࢆ⾜࠺ࠋ୍᪉ࠊ࢔࣒࣮࢟ࣗࣞࢱࡣࠊỈ⣲࣮ࣝࣉࡢᅽຊኚື࡟ᛂ
ࡌ࡚⮬Ⓨⓗ࡟ࡑࡢᐜ✚ࡀኚືࡋࠊࡑࡢ⤖ᯝࠊỈ⣲࣮ࣝࣉࡢᅽຊኚືࡀ⦆࿴ࡉࢀࡿࠋ

1.48 MPa

Pressure

58 57.11 mm
56

3.16 mm

0.6 mm54

Accumulator level

52
-100

53.95 mm

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Beam operation time (s)Fig.2 Cool-down process of the cryogenic hydrogen system.

― 180 ―

第83回

2010年度秋季低温工学・超電導学会

2C-a13

冷凍機応用 / 低温基地

ᅇ㌿ୗ㧗ឤᗘࡡࡌࡾ᣺Ꮚᐇ㦂࡜ᅛయ+H㉸ὶື࡜㔞Ꮚ ⣒ほ ⏝,663ࢡࣛ࢖࢜ࢫࢱࢵࢺ
ISSP Rotating Cryostat for Torsional Oscillator Studyof the Supersolid state and the Vortex State of Solid He― 181 ―

第83回

2010年度秋季低温工学・超電導学会