国立大学法人東北大学
研究推進・支援機構

極低温科学センター

日本最初の液化機（1952）

日本最初の液化機（1952）

低温科学部

極低温物理学部

極低温科学センターの概要
歴史
東北大学においては、昭和 27 年に我国で初めてヘリウム液化機を金属材料研究所に設置し、金属や磁性体についての極低温領域における物性基礎研究において先駆的な研究業績を挙げてきた。
その後、低温基礎研究の発展に加えて、工学的な諸研究も活発に行われるようになり、大量な液体ヘリウムの安定供給が可能な施設の必要性が認識されるようになった。そこで昭和 46 年、液化能力60 /h のヘリウム液化機を主要設備とする学内共同利用施設「低温センター」が設立され、同時に、希釈冷凍機、超伝導マグネットなどの低温実験装置を備えた共同利用実験室も附置された。その後、液体ヘリウムの利用は化学、医学、薬学などの諸分野まで広がるようになった。年毎に増加する液体ヘリウムの需要に応ずるため、「低温センター」では平成５年に 150 /h の液化能力をもつ大型ヘリウム液化機を導入し、本学における液体ヘリウムを利用する諸研究の進展に貢献してきた。
また、共同利用実験室に設置された実験装置は、極低温・強磁場における金属・半導体の電子局在、超伝導材料や重い電子系物質の物性解明などに特色ある研究成果を挙げてきた。
一方、「理学部附属極微少エネルギー物理学実験施設」では、専用の 30 /h のヘリウム液化機を設置し、独自に開発した超低温生成技術、及び新しい物性計測技術や単結晶育成技術を研究手段として、極微少エネルギーの関与するヘリウム物理学や重い電子系をはじめとする強相関系新物質が示す超低温領域での物性観測等に先端的研究成果を挙げてきており、極低温物理学の研究分野における更なる展開が求められるようになっていた。

発展
本学における極低温科学研究の新たな飛躍を期して、平成８年度に「低温センター」は「理学部附属極微少エネルギー物理学実験施設」と統合し、「極低温科学が関わる学内の広範な研究分野を支援するとともに、極低温利用技術を開発しながら、極低温科学に関わる基礎・応用研究を推進する」ことを目的とする学内共同教育研究施設「極低温科学センター」として新たに発足した。片平地区の研究支援を行う「低温科学部」と、青葉山地区の支援を行う「極低温物理学部」の２分野から構成され、互いに協力を図りながら、本学における支援と研究の融合を目指すことになった。
その後の組織改編により、平成１８年度より研究教育基盤技術センター内、平成２９年度より研究推進・支援機構内の業務組織となったが、その研究支援機能は学内で広く必要とされてきた。

現在
現在、本センターでは低温科学部による片平地区、極低温物理学部による青葉山地区での液体ヘリウム供給およびヘリウムガス回収システムがそれぞれ確立し、より効率的かつ利便性のある研究支援が可能となった。これとともに学内の液体ヘリウム総利用量は年間２４万リットル以上にも達するようになった。安定供給体制の維持のため、低温科学部では平成 21 年度および令和 3 年度にヘリウム液化システムの更新を行った（現在の液化能力は 230 /h）
。極低温物理学部においては
平成 23 年 3 月の東日本大震災で液化システムに深刻な被害を被ったが、平成 24 年度に新しい200 /h のヘリウム液化機を導入することができた。ヘリウム供給に加え、センター内の整備された装置を用いた共同研究や共同利用実験も盛んに行われている。広報活動とし、本センターの活動状況を学内外に発信するため、年に１回「極低温科学センターだより」を発行している。

極低温科学センターの構成と運営
研究推進・支援機構

極低温科学センター

センター長
極低温科学センター運営委員会
・低温科学部・極低温物理学部
ホームページ：

専門委員会（料金改定小委員会、編集委員会等）

http://www.clts.tohoku.ac.jp/index.html

液体ヘリウムの供給・回収体制
供給
回収
極低温科学センター
平成８年発足

薬学研究科

AIMR
ラボ棟

旧低温センター
昭和４６年設立

金属材料研究所
理学研究科

工学研究科

極低温物理学部

低温科学部

青葉山地区

片平・星陵
地区

多元物質科学研究所

電気通信研究所
学際科学フロンティア研究所

星陵地区
ガスボンベ回収（平成 26 年度開始）

青葉山地区回収ライン（平成14年完成）

東北メディカル・メガバンク

AIMR
本館

片平地区回収ライン（平成10年完成）

片平地区ヘリウムガス回収配管図（赤線）

青葉山地区ヘリウムガス回収配管図（赤線）

ヘリウムの供給状況
極低温科学センターの前身である低温センター設立時（昭和 46 年）

25

年間He使用量（万リットル）

れぞれ、低温科学部のヘリウム液化機更新に関わる供給停止（3 ヶ月

01970

1980

1990

2000年間）、および東日本大震災の影響に2010

片平地区液化機更新（2021）

5

新型コロナウイルスによる活動制限（2020）び 22-23 年度の使用量の減少は、そ青葉山地区液化機復旧（2012）
東日本大震災（2010）を示しています。平成 21 年度およ片平地区液化機更新（2009）10

研究教育基盤技術センター移行（2005）

を利用した研究が盛んであること

極低温物理学部供給体制完成（2000）

要は増加する傾向にあり、へリウム

15
低温センター設立（1971）

東北大学におけるヘリウムの需

理学部超低温施設開設(1981)

下表に示します。

20
高温超伝導体発見（1987）

5 年間の部局ごとの年間使用状況を

極低温科学センター発足（1996）

ム年間使用量の推移を右図に、最近

低温センター新液化機導入（1993）から令和 3 年度までの、液体ヘリウ

2020

度

よるものです。片平地区・青葉山地区の両方の液化システムが震災からほぼ完全に復旧した平成 24 年
度途中からヘリウム使用量は再び増加に転じ、平成 30 年度には約 24.8 万リットルまでに達しました（令和 2 年、3 年度の使用量減少はそれぞれ新型コロナウイルス感染症による活動制限、片平地区液化機更新によるものです）。概ね年間 20 万リットルといった大量の液体ヘリウムの学内供給は、ヘリウム液化機の高い稼働率、高いヘリウムガス回収率が実現して可能となっています。

表. 最近５年間の液体ヘリウム使用状況(単位ﾘｯﾄﾙ)

平成 29 年度

平成 30 年度

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

理学 研

究科

67,16551,634

43,12933,94943,297

薬学 研

究科

783

812

771

781

768

工学 研

究科

21,592

29,032

19,778

7,986

11,022

金 属 材 料 研 究 所

108,138111,016

107,906

69,96858,889電 気 通 信 研 究 所

399

785

992

2,519

2,439

多 元 物 質 科 学 研 究 所

18,411

21,77919,932

22,052

12,038極 低 温 科 学 セ ン タ ー

9,577

17,367

20,657

10,764

7,219

学際科学フロンティア研究所

30

00

127

228

材料科学高等研究所（AIMR）

12,461

12,35023,045

19,531

16,703

東北メディカル・メガバンク機構

2,773

2,790

2,811

2,863

2,854

-

1,140-

171,680

155,457

国際集積エレクトロニクスセンター
合計--

241,328

247,565

239,021

設備・装置一覧
低温科学部（片平地区）
ヘリウム液化システム
装置名

Linde 社製

ヘリウム液化機型式

能力L280 型

230 L/h

共同利用・共同研究実験装置
温度

磁場

トップローディング式 3He クライオスタット

装置名

2 K － 260 mK

8T

輸送特性

VTI 式クライオスタット＆超伝導マグネットシステム

300 K － 1.4 K

11 T

輸送特性

300 K － 1.4 K
2 K－370 mK

8T

輸送特性
輸送特性・磁化ベクトル超伝導マグネットシステム

300 K － 0.1 K

7T/3T

SQUID 磁化測定システム

350 K – 1.7 K

5.5 T

磁化－－

ラウエ・粉末X 線回折

100 K－ 2 K－－－

ファラデー型超伝導マグネット

VTI 式クライオスタット
3He クライオスタット

X 線回折装置
走査型 SQUID 顕微鏡
ヘリウムリークディテクター

測定物理量・用途

輸送特性

表面磁気分布
ミクロ観察
漏れ検査

極低温物理学部（青葉山地区）
ヘリウム液化システム
装置名

Linde 社製

ヘリウム液化機型式

能力L280 型

200 L/h

共同利用・共同研究実験装置
装置名

温度磁場測定物理量・用途

トップローディング式希釈冷凍機

1 K – 20 mK

17 T

輸送特性・AC 磁化率・dHvA 効果

SQUID 磁化測定システム

350 K – 1.7 K

1T

磁化－－

漏れ検査

ヘリウムリークディテクター

ヘリウム液化機（2021 年度更新）（低温科学部）

トップローディング式希釈冷凍機（極低温物理学部）

トップローディング式 3He 冷凍機（低温科学部）