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

Tohoku University
Center for Low Temperature Science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、極低温物理学部では平成２４年度に、それぞれヘリウム液化システムの更新を行った。また、あらたに学外へのヘリウム液化サービスを提供すべく、令和 6 年度から学外の放射光施設である「ナノテラス」への液体ヘリウム供給を開始した。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

学外施設（令和 6 年度開始）

極低温科学センター
平成８年発足

ナノテラス

AIMR
ラボ棟

旧低温センター
昭和４６年設立
薬学研究科

理学研究科

金属材料研究所
極低温物理学部

低温科学部

青葉山地区

片平・星陵地区

工学研究科

学際科学フロンティア研究所

電気通信研究所
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）

多元物質科学研究所

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）
から令和 5 年度までの、液体ヘリウ
ム年間使用量の推移を右図に、最近5 年間の部局ごとの年間使用状況を下表に示します。
東北大学におけるヘリウムの年間使用量は片平地区液化機更新（平成 21 年）および東日本大震災の影響（平成 22-23 年度）により、一時的に低下したものの、平成 30 年度までに約 25 万リットルに達しました。これは国内でもトップクラスの値であり、東北大学でヘリウムを利用した低温科学研究が盛んであることを示しています。その後、新型コロナウイルス感染症による活動制限（令和 2 年）
、片平地区液化機更新（令和 3 年）により再び減少に転じましたが、令和 5 年には約18 万リットルまで回復してきました。ただし令和 4 年度から顕著になったヘリウム購入価格の上昇が、最近のヘリウム使用量の増加に制限をかけていると分析しています。このような厳しい状況下でも大量の液体ヘリウム供給が維持できているのは、本センターにおけるヘリウム液化機の高い稼働率、東北大全体における高いヘリウムガス回収率によるものです。
表. 最近５年間の液体ヘリウム使用状況(単位ﾘｯﾄﾙ)

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

令和 5 年度

理学 研

究科

43,12933,94943,29745,67745,981

薬学 研

究科

771

781

768

773

772

工学 研

究科

19,778

7,986

11,022

13,6398,793

金 属 材 料 研 究 所

107,906

69,96858,88972,90374,422

電 気 通 信 研 究 所

992

2,519

2,439

916

1,849

多 元 物 質 科 学 研 究 所

19,932

22,052

12,03812,391

13,167

極 低 温 科 学 セ ン タ ー

20,657

10,764

7,219

12,911

18,781

学際科学フロンティア研究所

-

127

228

195

材料科学高等研究所（AIMR）

23,045

19,531

16,703

10,30910,324

東北メディカル・メガバンク機構

2,811

2,863

2,854

3,393

3,061

国際集積エレクトロニクスセンター-

1,140-

265-

流 体 科 学 研 究 所

-

-

-

112

-

171,680

155,457

計

239,021

173,484-

177,150

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

ファラデー型超伝導マグネット 3He クライオスタット

2 K－370 mK

8T

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－

表面磁気分布観察

－

－

漏れ検査

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

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

SQUID 磁化測定システム

350 K – 1.7 K

5T磁化

PPMS 物理特性測定システム

350 K – 2.0 K

9T

DC 電気抵抗ヘリウムリークディテクター

－－漏れ検査ヘリウム液化機（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）