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(1)超低振動クライオクーラーの開発研究. 幾. 博. 士. 島. 悠. 工. 学. 喜. 申. 請. 総合研究大学院大学高エネルウー加速器科学研究科加速器科学専攻. 平成 20 年度.

(2) ―. 第1章. 序. 目. 次. ―. 論. 第1節. クライオクーラーの発展. 第2節. クライオクーラーの基本原理. 研究背景構成. 1-1 1-3. 第1項. クライオクーラーの基本原理. 1-3. 第2項. クライオクーラーの基本構成. 1-5. 第3節. クライオクーラーの種類. 1-6. 第4節. クライオクーラーの技術課題. 1-7. 第5節. パルス管クライオクーラー. 1-9. 第6節. 本論文の構成. 1-10. 第2章. パルス管クライオクーラーの原理. 低振動化の課題. 第1節. パルス管クライオクーラーの概要. 2-1. 第2節. GM 型クライオクーラーの冷凍原理. 2-2. 第1項. 冷凍サイクル. 2-2. 第2項. 蓄冷器. 2-6. 第3項. サイモン膨張. 2-10. 第4項. 位相制御. 2-10. 第3節. パルス管クライオクーラーの冷凍原理. 2-11. 第4節. パルス管クライオクーラーの位相制御方法. 2-14. 第5節. ２段型 4K パルス管クライオクーラー. 2-17. 第1項. ２段型 4K パルス管クライオクーラー. 2-17. 第2項. ローチマップ. 2-18. 第6節. クライオクーラーの振動問題. 2-19. 第1項. クライオクーラーの振動. 2-19. 第2項. 重力波検出器の低振動要求. 2-20.

(3) 第3章. 低振動パルス管クライオクーラーの設計. 第1節. クライオクーラーの振動メカニゲム. 3-1. 第2節. 従来の振動低減策の事例. 3-5. 第1項. 従来の振動低減策. 3-5. 第2項. Wang の事例の分析. 3-8. 第3節. 第4章. 低振動クライオクーラーのコンセプト. 3-10. 低振動ステーグの検討. 第1節. VR ステーグのモタル化. 4-1. 第1項. VR ステーグのバネ系モタル. 4-1. 第2項. VR ステーグの熱抵抗系モタル. 4-4. 第2節. 支持ロッチの機械的ン熱的特性. 4-6. 第1項. 支持ロッチの材料の検討. 4-7. 第2項. 支持ロッチの構造の検討. 4-13. 第3項. 支持ロッチま. 4-15. 第3節. め. ヒートモンクの機械的ン熱的特性. 4-16. 第1項. ヒートモンクの材料の検討. 4-16. 第2項. 純アルミニウム材の熱伝導率測定. 4-17. 第3項. ヒートモンクの断面形状の検討. 4-18. 第4項. ヒートモンクの構造の検討. 4-20. 第5項. ヒートモンクの熱抵抗測定. 4-21. 第6項. ヒートモンクのバネ定数測定. 4-24. 第7項. ヒートモンクのま. め. 4-26. VR ステーグの性能推定. 4-26. 第4節第1項. 変位伝達の推定. 4-26. 第2項. 冷凍能力の推定. 4-27.

(4) 第5章. 低振動クライオクーラーの製作. 第1節. コールチヘッチ. 5-1. 第2節. VR ステーグ. 5-3. 第3節. ベローゲ. 5-4. 第4節. バルブユニットおよびバルブ台. 5-6. 第5節. 製作のま. 5-8. 第6章. 低振動クライオクーラーの試験評価. 第1節. 振動測定振動測定方法. 6-1. 第2項. 測定のノイゲヤベル. 6-4. 第3項. 振動測定結果. 6-8. 冷凍能力測定. 6-15. 第1項. 冷凍能力測定方法. 6-15. 第2項. 冷凍能力測定結果. 6-18. 考. 察. 第1節. 振動低減効果に関する考察. 7-1. 第1項. 振動低減効果の考察. 7-1. 第2項. 振動低減効果の方向性の考察. 7-3. 第3項. 振動ヤベルに関する考察. 7-5. 第2節. 第8章. 6-1. 第1項. 第2節. 第7章. め. 冷凍能力に関する考察. 結. 論. 謝. 辞. 研究業績. 7-6.

(5) Appendix A.. ヒートモンクに関する考察. Appendix -1. B.. VR ステーグ構造に関する考察. Appendix -3. C.. 振動低減策に関する考察. Appendix -5. C-1.. 振動低減効果の検討方法. Appendix -5. C-2.. 振動低減効果の評価. Appendix -5.

(6) 用語集. 本論文. 使用するクライオクーラーを説明する用語をま. める。. 冷凍機ユニットﾞﾙｰｽ. ｺｰﾙﾄﾞｯﾄﾞﾊﾞﾙﾞﾕﾆｯﾄ. 圧縮機ユニット. 第1段ｺｰﾙﾄﾞｽｰﾞ. 第2段ｺｰﾙﾄﾞｽｰﾞ. 連結配管. バルブユニットｺｰﾙﾄﾞｯﾄﾞﾗ. ﾞ. ｸﾗｲｵｽﾀｯﾄﾗ. ﾞ. バルブ台. 第1 段ｺｰﾙﾄﾞｽｰﾞ. 第1段VRｽｰﾞ. 支持ロッド. 第2 段ｺｰﾙﾄﾞｽｰﾞ. ヒートンク第2段VRｽｰﾞ. ｺｰﾙﾄﾞｯﾄﾞ支持ｸﾗｲｵｽﾀｯﾄ. ｰﾑ.

(7) 第1章. 第１章. 本研究. 序論. クライオクーラーの低振動化に関するもの. ある。クライオクー. 極低温(＜120 K)の環境を提供する機械あり産業や先端科学分野. ラー. 広く使用され. いくつ. の課題があり. つに振動問題がある。クライオクーラーの振動低減. 低温を必要. 度. いる。クライオクーラーに. 測定装置や分析機器への導入に本研究. っ. 大変重要. 課題. そのする高精. ある。. 重力波低温ヤーザー干渉計に搭載されるクライオクーラーの低振. 動化に取り組. 世界最高ヤベルの低振動性能を有するクライオクーラーの開. 発に関するもの. ある。. 本章つい. ま. クライオクーラーの利用背景. 述べたあ. 本論文の構成につい. 構成. 種類. また. 課題に. 極低温を得る冷却手段. し. 液体. し. 煩雑. 作業. 述べる。. 第 1 節クライオクーラーの発展と研究背景. クライオクーラーが普及する以前ヘモウム等の液体寒剤が用いられた。しあり. 凍傷. 危険を伴う作業. 識を有した専門家に限られウム. 希少. を限定させ一方. 天然資源. 極低温の利用. いた。また 4 K ま. あるため高価. あり. 低温に関する知. の冷却に使用される液体ヘモ. コストの面. も極低温の利用者. いた [1] 。. クライオクーラーの利用. 液体ヘモウムの使用量を減らすこ世紀後半. あるため. 液体寒剤の取扱い. ら低温を必要. スイッチ一つが. きる. 極低温が得られるこ. や. いったメモットをもたらし. 20. する分野に広く使用されるように. っ. きた。. Fig. 1-1 にクライオクーラーの用途の広がりを示す。クライオクーラーの代表的. 使用例の. 空を得るこ. つが可能. クライオポンプあるこ. ある [2, 3]。クライオポンプ. 高真. ら数十年前より半導体製造装置への導入が行. 1-1.

(8) 第1章. われ. きた。また. 超伝導コイルの冷却装置. 進ん. いる。医療機器. し. クライオクーラーの普及が. ある MRI (Magnetic Resonance Imaging) [4, 5] およ. び分析機器 NMR (Nuclear Magnetic Resonance) [6] が代表的 MRI が世界中の医療機関に普及した背景に. られる。特に. ーの利便性が大きく貢献し. いる。最近. 例. し. 挙. クライオクーラ. クライオクーラー. 直接冷却し. たヘモウムフモーマグネット [7, 8, 9] も開発されいる。その他の超伝導の応超伝導モニアモーター方式の高速旅客鉄道 [10, 11] 電力貯蔵 [12] や. 用. 電力伝送 [13]. インフラ技術への超伝導技術の導入が開発途上にあり今後. ますますクライオクーラーの活用が期待される。科学研究の分野を目的科学的. し. クライオクーラー. 電波望遠鏡. にも使用され. おり. クライオクーラーを導入し. 成果をもたらした研究も既に多く存在する。. このようにクライオクーラーれ. 低温物性測定装置や熱雑音の除去. 今後もより身近. 極低温を通. 活用が期待され. 幅広い先進的. いる冷凍装置. 分野に使用さ. ある。. MRI, NMR etc. 超伝導グネット. 物性測定装置. クライオクーラ. 物性調査 etc.. 高感度センサ赤外線スコープ、望遠鏡 etc.. クライオンプ半導体装置 etc. Fig. 1-1. クライオクーラーの用途の広がり. 1-2.

(9) 第1章. 第 2 節クライオクーラーの基本原理と構成. 第 1 項クライオクーラーの基本原理. クライオクーラーを含. 冷凍装置の基本原理. 逆カルノーサイクルによっ. 説明される。Fig. 1-2 に逆カルノーサイクルの温度-エントロピー線図を示す。逆カルノーサイクル. ガスの圧縮により温度が上昇し. 温度が低下する性質を利用しを行う。以下. 過程 a :. 排熱. 吸熱を. 序良く行い効率的. 逆カルノーサイクルの過程を. 断熱圧縮. る。等エントロピー的圧縮. 上. 番に説明する。. 断熱的にガス. あるため. 以下のように. 圧縮され. 温度が上昇す. る。. S1 = S 2. (1-1). 等温圧縮. 温度上昇したガス. 状態 2→3 ら高温熱源(環境温度)へ排熱する。この過程. 圧縮され. がら準静的に高温熱源に排熱する。この. 熱のため. 負の熱流. ΔS h = −. 熱の汲. 状態 1→2. 外部より与えられた仕事 W により. 過程 b :. ガスの膨張により. 定義する. き. ガス. 排熱する熱量 Qh. 排. エントロピーの変化に比例し. Qh = S3 − S 2 Th. (1-2). る。. 過程 c :. 断熱膨張. 高温熱源る。圧縮時. 状態 3→4. 熱交換し. がら環境温度. 同様に断熱的に行われるため. ったガスが膨張器を通ガスの膨張. 膨張され. 仕事に変換され. スの内部エネルウーが低下するこ. によっ. エントロピー的. 膨張. 状態 3 および状態 4 のエントロピーの関係. 以下のように. る。. あるため. 1-3. 温度が低下する。この変化. ガ等.

(10) 第1章. S 4 = S3. 等温膨張. 低温熱源り. 状態 4→1. 被冷却物. 以下の式. ら熱を吸収する。この. きの吸熱量 Qc が冷凍能力. 求められる。. Qc = ΔS cTc = (S1 − S 4 )Tc. (1-4). 温度. 過程 d :. (1-3). 3. 2. b a. c. 断熱圧縮. TC. 断熱膨張. TH. 等温圧縮排熱. d. 4 等温膨張 1 吸熱. エントロピー Fig. 1-2. 逆カルノーサイクルの T-S 線図. 1-4.

(11) 第1章. 第 2 項クライオクーラーの構成. クライオクーラーにおい. 主に圧縮機. 冷却を得る。熱交換器. 膨張機および熱交換器. 高温. らの熱の侵入を低減し. クライオクーラーの. クライオクーラーの構成の例つのユニット. ら構成され. る。冷凍機ユニット. 圧縮し. れ圧縮機ユニット. コールチヘッチ. も呼. 冷凍機ユニット. コールチヘッチ. 再度コールチヘッチへ高圧ガス. し. グを第 2 段コールチステーグチステーグ. もう. コー. 供給する。作動ガスに. ガスの膨張により冷却を得呼. れる部分. 冷却する。温度が低いほうのステーるステーグを第 1 段コール. 方の高温. 呼ぶ1。通常の利用におい. トの中に取付けられ. ら. ら低圧ガスを回収. ある。コールチヘッチの下部にあるコールチステーグ. が冷却される。ここに被冷却物を取付け. 大きく２. れる。圧縮機ユニット. ヘモウムガスが用いられる。コールチヘッチる部分. 低温を維持す. ある。クライオクーラーのシステムそれ. 膨張機. あるウファーチンマクマビン GM ン. つ. ルチヘッチへ高圧ガスを供給する部分した後. り. Fig. 1-3 のようにる。図. る機能を果たす。実際のクライオクーラーの構成代表的. ら. コールチヘッチ. クライオスタッ. 使用される。. 冷凍機ユニットコールドヘッドキブル配管圧縮機ユニット. 第1段コールド第1段ステーステー第2段コールド第2段ステーステー電源コールドステー＝冷却する部位. 冷却水. Fig. 1-3. クライオクーラーの構成. 多段型クライオクーラー最も高温側のステーグら第 1 段第 2 段名付ける。シモンジ部最先端るステーグが最も温度が低いステーグる。3 段型クライオクーラーの場合第 3 段ステーグが最も低温の部分る。 1. 1-5.

(12) 第1章. 第. 節クライオクーラーの種類. クライオクーラーの分類表を Table 1-1 に示す。表の規模. 熱交換器の方式. 冷凍能力によっ. 膨張方式. 便宜的に分類され. クライオクーラー. 分類した。クライオクーラーの規模おり. 4 K におい. 10 W 以下. 80 K に. 800 W 以下の冷凍能力をもつ冷凍装置を(小型)クライオクーラー. おい. し. いる [14]。. 扱われ. これに分類されるクライオクーラーの大半等温膨張. し. 式. メッシポ状あるい. 粒状の蓄冷材. 限られた容積内. 利用した代表的 [16, 17]. 作動ガス間. も熱交換効率が高いこ. 熱の吸収ン排出を行う. が特徴. あり. サイモン膨張を利用した代表例がウファーチ-マクマビン. スターモングンクライオクーラーの特徴圧縮機の容量が制限されるため. 一方. 小さ. ある。等温膨張を. クライオクーラーがスターモング(Stirling)クライオクーラー. (Gifford-McMahon, GM)クライオクーラー [18, 19, 20]. 的高温. 膨張. サイモン膨張の 2 方式に属する [15] 。蓄熱型熱交換器方. 方式. もの. 蓄熱型熱交換器を有し. 普及し. 小型. ある。. 効率がよい点. いるクライオクーラー. あるがし. 比較. 冷凍能力に留まるものが多い。. 液体ヘモウム温度ヤベルま. 到達可能. 冷凍機. GM クライオ. し. クーラーソルベインクライオクーラーパルス管クライオクーラー [21, 22, 23] が挙ー. られる。これらを総称し. エモックソン. 型クライオクーラ. 呼ぶ。スターモング型クライオクーラーが圧縮機の容積変化. ッチを出入りするガスの流れを制御しオクーラー. 圧力. 流れを制御しラー. Ericsson. し. り替えバルブを用い. エモックソン型クライ. コールチヘッチを出入りするガスの. いる。このエモックソン型クライオクーラーが. 最も普及し. いる。圧縮機ユニット. 所に設置が可能. 大型の圧縮機を利用. し. 換えが. 周期的. いるのに対し. 圧力. 現在. 4.2 K におい. ーが. MRI. コールチヘ. コールチヘッチ. きる。圧力. クライオクーら離れた場. 換えバルブに. 安定. きるようロータモー式バルブが用いられ. いる。. 1 W 程度の冷凍能力を得られるタイプのクライオクーラ. に広く使用され. いる。. 1-6.

(13) 第1章. Table 1-1 装置規模. クライオクーラーの分類. 熱交換器. 膨張方式. 冷凍機種類ﾞｪﾙ. 普及. 冷凍機. 等温膨張ｽﾀｰ蓄熱型熱交換器. ｸﾞ冷凍機. GM冷凍機. 型. 0.1～1W @4.2 K. ﾙﾞｲ冷凍機. サイモン膨張. ﾊﾙｽ管冷凍機. 向流型熱交換器. 1～10W @4.2 K. JT冷凍機. ﾞｭｰﾙﾄﾑ膨張 (等ﾀﾙｰ膨張). ｸｰﾄﾞ冷凍機 10W以上 @4.2 K. 中型～大型等. ﾄ. ｰ膨張ﾞｲﾄ冷凍機. 第 4 節クライオクーラーの技術課題. クライオクーラー業面. コスト面. ーに. ま. い. 液体ヘモウム. ら利用しやすいこ. 課題も多く. の液体寒剤を使用するのに比べ既に述べた。し. し. 作. クライオクーラ. 開発途上にある。クライオクーラーが抱える課題につ. Table 1-2 に示す。. クライオクーラーの理想像りトランスヒアヤントテムにおい. ユーザーに存在を感. 存在に. るこ. 低温を供給する補助的. ーがシステムの性能を低下させるこ. Table 1-2. させ. いこ. つま. ある[24] 。クライオクーラー役割を担うにす. シス. い。クライオクーラ. や稼働を阻害するこ. があれ. クライ. クライオクーラーが抱える課題. 課題. 現状. 目指すべき方向性. 成績係数(COP)の向上. COP = 0.02%. カルノー効率. 信頼性の向上. 10,000~20,000 時間. 50,000 時間以上. 小型化低振動化. こマイクロメーターヤベル. 1-7. も設置可能. ヂノメーターヤベル.

(14) 第1章. オクーラーを使用するメモットを損のより幅広い展開のためにる。現在の向上. い. クライオクーラー. 更にトランスヒアヤント化を進める必要性があ. クライオクーラーの具体的長期信頼性の向上. 目につい. い。よっ. 小型化. 課題そし. し. 挙. られるの. 振動低減. 冷凍効率. ある。それ. れの項. 簡単に述べる。. 冷凍効率の向上クライオクーラーの開発における興味冷凍能力 Qc が得られる. にあり. により評価される。COP. COP =. 入力した仕事 W. 以下の式. 定義され. いる[25] 。. (1-5). ため COP の上限が得られる。W = Qh − Qc 逆カルノーサイクルの場合. 可逆過程. いう理想的サイクルを仮定し. あるため以下のカルノー効率カ. Qc Tc ΔS c Tc = = Qh − Qc Th ΔS h − Tc ΔS c Th − Tc. 実際のクライオクーラー. (1-6). 圧縮ン膨張の際に生. 低温熱源における吸排熱する際に存在する熱抵抗らの. の理想性. れ. が. COP を低下させる原因. らの乖離を示す指標. η. 示され. る仕事の損失. 熱侵入. 300 K の環境カルノーη. ％カルノー. 作動ガスの理想気. 呼. れる。. (1-7). ら 4.2 K ま冷凍をする場合カルノー効率 COPcarnot. さらに実在のクライオクーラーの COP 1.4%. 高温ン. る。この逆カルノーサイクル. COP = η COPcarnot. 1.4%に過. いる. が得られる。. COPcarnot =. 体. のくらいの. 成績係数 COP Coefficient of Performance. Qc W. ルノー成績係数. ら. し. し. い。冷凍効率の改善. 1-8. 0.02%程度. 重要. 僅. あり％. 課題の一つ. ある。.

(15) 第1章. 信頼性の向上現在クライオクーラーの平均的時間程度部. 10,000. メンテヂンス期間. ある。冷凍機の信頼性に関する課題. し. 冷凍機ユニットの摺動. のシールの摩耗や不純ガスの発生による冷凍能力の低下. や性能劣化によるメンテヂンスが少. いこ. に. に直結するため. っ重要. 生産性や稼動率を高めるこ. ら 20,000. がある。故障. クライオクーラーのユーザーこれを向上させるこ. ある。. 小型化クライオクーラーが普及する以前生成を行っ. いた。し. 得られるように. し. が進められた。しる軽量化や小型化. クライオクーラーによっ. MRI. るし. 大型の液化機が中心. の装置に組. 込. 主に液体寒剤の. 簡便に 4 K ヤベルま. が可能に. るほ. メンテヂンスや取付けのしやすさの観点. に小型化. ら. 今後更. いった改良が望まれる。. 低振動化高感度センサや高精度計測器の冷却に用いるクライオクーラー動が測定感度に影響するため. 本研究のテーマ. ある。近年クライオクーラーの低振動化におい K パルス管クライオクーラーの実用化. その振. ある低振動化が重要大き. 課題. トピックスがある。4. ある。. 第 5 節パルス管クライオクーラー 1964 年にウファーチによっ. パルス管クライオクーラーイオクーラーの一種モフ゛ス. バッファの. あり. 冷凍機ユニット内部に固体可動部品を用い. を用い. い. 膨張を得るクライオクーラー. 凍機ユニット内部に固体可動部品をもた. いこ. ら. 題. これま. 振動問題. あった振動に対し有効. ラーの導入が難しい低振動. 発明されたクラ. 対策に. 考えられ. り. いた分野. にオ. ある。冷. クライオクーラーの課らクライオクー. の応用が期待され. いる。本研究. 期待されるパルス管クライオクーラーをベース. した低振動ク. ライオクーラーの開発を行った。. 1-9.

(16) 第1章. 第 6 節本論文の構成. 本論文の構成. 第2章. 以下の. おり. ある。. パルス管クライオクーラーの冷凍原理につい. クライオクーラーの振動問題につい. 述べた後. ある重力波検出器が求める要求性能につい第 3 章つい. 述べる。さらに. 本研究の直接的. 開発動機. 過去の振動低減策を検討し. 述べる。新しい振動低減策のコンセプトに. 述べる。. 第 4 章. 本研究の低振動化に. ヒートモンクについ第 5 章. っ. 重要. 要素. ある支持ロッチおよび. 形状および材料を検討した結果につい. 開発した実際の冷凍装置につい. 述べ. 述べる。. また全体図や完成写真. を示す。第 6 章い. 開発したクライオクーラーの振動性能および冷凍能力試験につ. 述べる。第7章. 本研究. 第8章. 本研究の実施内容および成果につい. 得られた解析および試験結果. 1 - 10. ま. ら考察を行う。める。.

(17) 第1章. 参考文献. [1] 小林俊一, 大塚洋一: 物理工学実験７. 低温技術 [第２. ], 東京大学出. 会, pp. 27-28,. 67-73 (1995) [2] 日本真空工業会: 真空ポケットブック, pp.27 (2005) [3] 関信弘編: 低温環境利用技術ハンチブック―低温ン超低温ン極低温を活出. す技術―, 森. 株式会社, pp.406-418 (2001). [4] R. A. Ackermann et al.: Advanced Cryocooler Cooling for MRI Systems, Cryocoolers 10, Springer (2002) [5] 関信弘編: 低温環境利用技術ハンチブック―低温ン超低温ン極低温を活出. 株式会社, pp.452-458 (2001). [6] 関信弘編: 低温環境利用技術ハンチブック―低温ン超低温ン極低温を活出 [7]. す技術―, 森. す技術―, 森. 株式会社, pp.463-467 (2001) 友重機械工業: ヘモウムフモー超電導マグネット, カタログ. [8] 西島元ら:. 小型冷凍機冷却 18 T 高温超伝導マグネットの開発 . 低温工学, Vol. 41,. pp.322-327 (2006) [9] 渡辺和雄: “強磁場超伝導材料研究センター. 小型冷凍機冷却超伝導マグネット開発”.. 低温工学, Vol. 41, pp.302-309 (2006) [10] (社)低温工学協会編: 超伝導ン低温工学ハンチブック, オーム社, pp.965-975 (1993) [11] (. )鉄道総合技術研究所編: "ここま. 来た！超電導モニアモーターカー -もう夢. い。時速 500 ゥロの超世界", 交通新聞社 (2006) [12] (. )国際超電導産業技術研究センター. 超電導 Web21. 2004 年 1 暻号. [13] (. )国際超電導産業技術研究センター. 超電導 Web21. 2007 年 2, 4, 6, 8, 10, 12 暻号. [14] 松原洋一: 冷凍の基礎, 第 6 回低温工学サマーセミヂーテゥスト (1996) [15] 低温工学協会(編): 低温工学ハンチブック, 内田老鶴圃, pp.160-162 (1982) [16] 低温工学協会(編): 低温工学ハンチブック, 内田老鶴圃, (1982) p166-167 [17] Randall F. Barron: Cryogenic systems second edition, Oxford University press Clarendon press (1985) pp.261-268 [18] W.E. Gifford and H.O. McMahon: A New Low-Temperature Gas Expansion Cycle –Part II, Advance in Cryogenic Engineering, Vol. 5 (1960) pp.368-372 [19] 松原洋一: “クライオクーラー. 1 ”, 低温工学, Vol. 41, pp.351-358 (2006) .. [20] 松原洋一: “クライオクーラー. 2 ”, 低温工学, Vol. 41, pp.420-427 (2006). 1 - 11.

(18) 第1章. [21] A. Hofmann: "The Development of a Pulse Tube Cooler with More than 1 W at 4.2 K", Adv. Cryo. Eng., Transactions of the Cryogenic Engineering Conference – CEC. AIP Conference Proceedings, Volume 823, pp.49-58 (2006) [22] C. Wang and P.E. Gifford: "Performance Characteristics of a 4K Pulse Tube in Current Applications", Cryocooler 11, pp.205-212 (2001) [23] M. Y. Xu et al.: "Development of a 4 K Two-stage Pulse Tube Cryocooler", Cryocooler 12, pp.301-307(2003) [24] 松原洋一: クライオクーラー研究の啓蒙, 低温工学. Vol.38, No. 2, pp.49 (2003). [25] (社)低温工学協会編: 超伝導ン低温工学ハンチブック, オーム社, pp.158-159 (1993). 1 - 12.

(19) 第2章. 第2章. パルス管クライオクーラーの原理と低振動化の課題. 第 1 節パルス管クライオクーラーの概要. パルス管クライオクーラークライオクーラー. 近年実用化された４K ま. ある。パルス管クライオクーラーの特徴. ッチの低温部に可動部品. タ゛スプヤーサーやピストン. 要. 行う. 膨張を作動ガスの. 言う点. パルス管クライオクーラーに. 圧縮機内. 圧力. すべ. を対象にし. 高低圧を. いるの. 挙. られる。パルス管クライオクーラー. が可能. ある点も. 明記し. い限り. する。ガ. 冷却可能. クライオクー. 振動を嫌うアプモケーシミンへの導入が進めら. いる。パルス管クライオクーラーのメモット. 振動源. 駆動させるパ. った。位相制御器の改良. れ. ら. 圧縮機. GM 型パルス管ク. 以降の記述. 長い間実用化され. ラーが市販化された。現在. こ. り替え. ある。本研究. 磁性蓄冷材の性能向上により 2000 年に入り４K ま. あるこ. タイプの圧縮. 1964 年のウファーチによる発明以来圧力. パルス管クライオクーラー. ある. 同. 駆動されるパルス管ク. この GM 型のパルス管クライオクーラーを指すこ. ら低振動. 冷却に必. GM 型パルス管クライオクーラーり替えバルブ. ス変位の位相制御が難しく. を持た. スターモング冷凍機. ルス管クライオクーラーの一群の総称ライオクーラーの. コールチヘ. GM 型がある。スターモン. 生成される圧力振動ガスを用い. ライオクーラーを指す。一方一定圧力を生成し. 低振動. ある。. スターモング型. グ型パルス管クライオクーラー機を用い. 到達可能. 考えられ. し. 低振動性. 耐久性が. コールチヘッチ内部に固体可動部品がいる。また. ロータモーバルブを分離可能. るロータモーバルブをコールチヘッチ低振動性に有利. 2-1. ある. いこ. ら分離する. 考えられる。GM クライオク.

(20) 第2章. ーラーに比べパルス管クライオクーラーの優れた低振動性が実証され. 第 3 章に後述する。. パルス管クライオクーラーの低振動性の詳細についまた. パルス管クライオクーラー. 低温部. いる。. 可動部品が. いため摩耗. による低温部のシール劣化の恐れが小さい。クライオクーラーの性能劣化の原因シール劣化によるものが多いため長期耐久性の向上大き利点ある。また. 常温部にある可動部品. 離され. いるこ. ーバルブの. ら. あるロータモーバルブがコールチヘッチ. ロータモーバルブの不具合が生. を容易に交換が可能. あり. ら分. た場合にもロータモ. メンテヂンス性におい. もメモット. を与える。低振動性や耐久性の向上与えるため. 機構上の制約や冷凍能力に影響を. 従来のクライオクーラー. イオクーラー待. いった課題. 原理面. 対処が困難. らこれらの課題を解決. あった。パルス管クラ. きるため. 応用に対する期. 大きい。. 第 2 節 GM 型クライオクーラーの冷凍原理. 第 1 項冷凍サイクル. パルス管クライオクーラーの冷凍サイクルの説明の前にラーのサイクルについクライオクーラー. 述べる。GM クライオクーラーあり. パルス管クライオクーラー. 型クライオクーラーの一種. る。パルス管クライオクーラー. 同. くエモクッソン. T-S 線図上. 換えが行. 冷凍サイクルが同. 作動ガスの位相制御. 複雑. 概念が. GM やソルベインクライオクーラーの冷凍サイク. 比較的単純. ルを外観するこ. 現在最も普及が進ん. あるためロータモーバルブにより圧力. われる。エモックソン型クライオクーラー. 含まれるため. GM クライオクー. 理解の上. 手助け. る。. Fig. 2-1 に GM およびソルベインクライオクーラーの機構模式図を示す [1] 。蓄冷器を持つ GM およびソルベインクライオクーラー分が多くるこ. ソルベインクライオクーラーも GM クライオクーラーし扱われ. が多い。GM クライオクーラーの構成. (2)高低圧. 原理的に共通した部. り替えバルブ. (3)蓄冷器. (1)圧縮機ユニット図示せ. 蓄熱型熱交換器. 2-2. (4)タ゛スプヤーサー.

(21) 第2章. ソルベインクライオクーラー. (5)コールチステーグらる。. ピストン. 以下に構成する各機器の機能を説明する。. (1) 圧縮機ユニット高圧ガス. し. コールチヘッチらの低圧ガスを回収しそれを圧縮後. コールチヘッチに供給する。. (2) 圧力り替えバルブ. 低圧高圧の流路をり替えコールチヘッチを出. 入りするガスの流れを制御する。. (3) 蓄冷器下させ. シモンジ内に流入する作動ガスの熱を奪い作動ガスの温度を低. 低温部に低温高圧ガスを供給する。また. ら流出する作動ガスに熱を与え温度上昇させ. (4). タ゛スプヤーサー. 駆動機構によっ. サイモン膨張の後. 低温部の低温を維持する。. シモンジ内. 往復運動し. ジ低温端の膨脹室の容積を調節する。タ゛スプヤーサーの動作同期するこ. 低温におい. オクーラー動ガス. (5). ら仕事を. 膨張を得るこ. 作動ガスに仕事を. け. けるピストン. る。. コールチステーグ. 低温部. が可能. 圧力. シモン換えが. る。ソルベインクライ. いタ゛スプヤーサーの代わりに. 作. 蓄冷器の低温端やシモンジの低温端に連結された部分. ここに被冷却物体が取り付けられ. 冷却される。. Fig. 2-2 に GM サイクルの T-S (温度－エントロピー) 線図を示す。以下 GM クライオクーラーの冷却過程につい. 過程 a : 圧縮機ユニットによる圧縮低圧流路に排出されたガス縮されたガス度ま. 冷却され. 述べる。. 排熱. 状態 5→1. 圧縮機ユニットに回収され. 環境温度より高い温度に. るが. 空冷また. 再びクライオクーラー部へ高圧ガス. 過程 b : 蓄冷器による等圧的高圧バルブより流入したガス. し. 圧縮される。圧水冷により環境温. 供給される。. 温度低下(状態 1→2) 蓄冷器を通過する際に熱が奪われ. 2-3. 温度が低.

(22) 第2章. 下し. いく。低温に. この. き. 大きく. った高圧ガスがシモンジの低温部(膨脹空間)へ供給される。. タ゛スプヤーサー. るこ. シモンジの上部に移動し. きる限り多くの作動ガスを流入させるようにし. 過程 c : サイモン膨張高圧バルブが閉鎖しる作動ガスが膨張し. 低圧バルブが開放される。クライオクーラー内部にあ温度低下する。タ゛スプヤーサー. 過程 d : コールチステーグ部. した作動ガスがシモンジ T4 = T 2. ま. す. サイモン膨張. に下降せ. 呼. し. れる。. の吸熱(状態 3→4). タ゛スプヤーサーがシモンジの下部へ下降し. する際に被冷却物体. いる。. 状態 2→3. らくシモンジの上部に止まる。この膨張. 温度. 低温部の膨張空間を. ら押し出され. サイモン膨張により温度低下. コールチステーグにある流路を通過. ら吸熱する。この過程温度上昇する。この. 作動ガス. きに. 吸熱. 熱交換器の低温端きる熱量が冷凍能力. る。. 過程 e : 蓄冷器による等圧的. 温度上昇変化(状態 4→5). 蓄冷器を再び通過する作動ガス態. に戻り. 蓄熱材. り替えバルブを通過し. ら吸熱し. がら温度上昇し. 状. 低圧流路へ排出される。この時タ゛ス. プヤーサー. シモンジの下端ま. 下降し. シモンジ下部の空間を最小にする。. これによっ. 過程 b におい. 低温部. シモンジの下端. くる際に生. 以上. る圧縮熱を最小化するこ. が. に高圧ガスが入っ. きる。. ＧＭクライオクーラーの一サイクルが完了する。上記過程 a. ら過. 程 e まのステップを繰り返すこによりＧＭクライオクーラー連続的に冷凍を行うこ以上. ら. る作動ガス器. が. きる。. GM クライオクーラーの冷凍サイクルのポイントの熱交換. サイモン膨張. タ゛スプヤーサーやピストン. 蓄冷器によ. 並びにガスの流れに同期した位相制御. が挙. 2-4. られる。.

(23) 第2章. PL. PH. Rotary Valve PL. PH. Cold head Cold head. Seal Seal. Piston. Displacer. Regenerator (Heat Exchanger). Regenerator (Heat Exchanger). Cold stage. Cold stage. (i) GM クライオクーラー. GM クライオクーラーの機構模式図. 1. a 5. b e 2. サイモン膨張. 4. c. d. 等圧変化吸熱. 等圧変化. 温度. Fig. 2-1. (ii)ソルベインクライオクーラー. エントロピー Fig. 2-2. GM クライオクーラーの冷凍サイクル. 2-5.

(24) 第2章. 第 2 項蓄冷器. 蓄冷器. 小型のクライオクーラー. る。蓄冷器の機能の低下させ. つ. 極低温ま. 高温部. 使用される蓄熱型熱交換器のこ. ら低温部へ流入するガスの熱を奪い温度. 冷却された作動ガスを低温部に供給するこ. 低温に冷却された作動ガスの膨張によっを得るこ. が可能. る。もう. 与え. 温度上昇させ. こ. ある。. 小さい膨張比. つ. 低温部. け大き. 比熱を得るため. に 4K 冷凍機. 磁性蓄冷材が大き. 蓄冷器に求められる特性. るこ. ら PV 仕事が小さく. が悪い場合. 作動ガスによっ. もに排熱を行う. 温度分. 役割を果たし. 低温部. 作ら. に合わせ. の蓄冷材の多層構造. っ. き. いる。特. いる。. 圧力損失が小さいこ. ある。圧力損失が大きい場合. 冷凍能力. ステンヤスや銅材. 第 2 段蓄冷器. 何種類. 極. ら高温部へ戻るガスに熱を. 2 段型クライオクーラーの場合第 1 段蓄冷器に. る. あり. も大き. コールチヘッチ外へ作動ガスの流出. れた金網の積層や鉛玉が使用され. あ. 熱交換効率が高いこ. 膨張を得るための圧力差が小さく. り冷凍能力の低下をもたらす。また熱交換効率低温部へ輸送される熱量が増加し. する作動ガスが吸熱する熱量が減り. 低温部. らく. 上. また. 流出. られる熱量が低減す. る。クライオクーラーの中. 蓄冷器が果たす役割. りおよびエンタルピー流の出入りを用い. クライオクーラーを機ユニット. ら圧力. つの熱機関. 系に対する熱. 説明するこ. し. 換えバルブを通し. る. が. 仕事 I in が投入され. I out. Qout. Qin. クライオクーラーに対する熱. 2-6. きる [2]。. Fig. 2-3 に示すように圧縮. I in. Fig. 2-3. 仕事の出入. 外部の系に対し. 仕事の模式図.

(25) 第2章. 仕事 I out をする。クライオクーラー内. 熱輸送や損失のため消耗された仕事 W. W = I in − I out. (2-1). 表わされる。低温 Tc. 一方高温 Th. らの吸熱量. ら排熱される熱量. 力学第 1 法則)より. Qin. Qout. し. これが蓄冷器. を通し. 定常の運転状態におい (2-2). I in − I out = Qout − Qin = W. (2-3). る。また. 2-3 式の変形. し. 以下の式も成り立つ。. I in − Qout = I out − Qin = H. この式. 排熱量の差あるい. こ. を示し. り. 損失がある蓄冷器つ. (2-4). クライオクーラー内に有限. 投入した仕事. れ. する。系全体に対するエネルウー保存則 (熱. I in + Qin = I out + Qout. の関係. 運. いる。理想的. 低温部. 蓄冷器. 有限. 値. エンタルピーの流れ H があるの吸熱量. 仕事量の差が生. エンタルピー流束. きにる. 完全にゴロ. る。. に蓄冷器に流出入するエントロピー S を考える。Fig. 2-4 に熱の出入り. エントロピーの関係を示す。低温 Tc 下するエントロピー S out. S in =. 増加するエントロピー S in. エントロピーの定義式. Qin Tc. S out =. ら次のように. 高温 Th る。. (2-5). Qout Th. (2-6). 2-7. 低.

(26) 第2章. Th. Tc. Qout S out. Fig. 2-4. 熱の出入り. S in. Qin. エントロピーの関係の模式図. エントロピー輸送のプロセスが完全に可逆的に行われる理想的. 蓄冷器の場. 合. S out = S in. あり. (2-7). 熱量の形に戻す. Qout =. Th Qin Tc. ある。これ. (2-8). ら成績係数 COP = Qin W を求めるために. (2-3) (2-5) (2-6). (2-7) 式に注意すれ. COP =. Tc Th − Tc. が得られる。すありのよう. わちこれ. (2-9). 逆カルノーサイクル. これがクライオクーラーにおい理想的. 蓄冷器. 得られる成績係数 COPCarnot. も最高の成績係数. エンタルピー流束がゴロに. る。また. るため. I in = Qout. (2-10). I out = Qin. (2-11). 2-8. こ.

(27) 第2章. る。つまり蓄冷器を有するサイクル. COPCarnot を実現するに. る仕事量が出入りする熱量に一致する条件が必要一方. 実際的. がある場合. システムを考え. エントロピー. ある。. エントロピーの輸送中に不可逆. に. (2-12). エントロピー差 ΔS. Qout =. (2-8)式. する. Th Qin + Th ΔS Tc. (2-13). る。この式を COP の式に代入し COP =. この式. ら. η=. る。す. 以下の式が得られる。. Tc TT Th − Tc + c h ΔS Qin. カルノー効率. (2-14). の比. ある％カルノーη を求める. Qin (Th − Tc ) Qin (Th − Tc ) + Tc Th ΔS. わち. プロセス. 増大するため. S out > S in. り. 出入りす. (2-15). ％カルノーが低下する原因. し. 次の二つの場合が考え. られる。. (1) (2). 吸熱量 Qin が小さい場合. エントロピー差 ΔS が大きい場合. 実際のクライオクーラー. 低温部における吸熱量 Qin が小さく. 2-9. る要因.

(28) 第2章. る。一方エントロピー差 ΔS の増大環境温度. り. ら低温部への熱侵入や. 不要. 被冷却物体. 低温に. るに従っ. 蓄冷材. 蓄冷器の熱交換効率が低下し. しまう. 材の開発が進. 極低温におい. る冷凍能力に合わせれ. いる。. 第. 項サイモン膨張. サイモン膨張残留するガス. 適. る金属材料の比熱が低下するためいう問題がある。近年. 高圧ガスが外部に噴き出す際に. ら噴出するガスに仕事の移動が生. 流出する作動ガスの仕事分が損失膨張が得られるこ. タモーバルブを使用するため. し. ルベイ冷凍機におい. 変化. るが. ら膨張比を大きく. 固定の容積下るこ. が可能. 挙. きるこ. ロー. が可能. サイモン膨張が可能. あ. 温度領. られる。. 相制御. 膨張を得るための機構し. ぶこ. ある。. 外部に圧縮機ユニットを用いるこ. 比較的作動ガスの流量を大きく. 第4項. 容器内に. サイモン膨張を用いたエモックソン型クライオクーラー. がメモット. す. 残留ガスの内部エネルウ. サイモン膨張. 域が広いこ. 磁性蓄冷. に蓄冷材の選定や配合により冷凍能力の向上が図ら. により温度低下する膨張現象. り. によ. ある。. ーを低下させるこ. ある。また. られ. も比熱が大きい蓄冷材が存在する。目標. ある容器内. も圧力の変化の. が挙. 蓄冷器や熱交換器の非効率性. エントロピーが生成されるため. 一般に. の熱伝達抵抗. GM 冷凍機におい. ピストンが使用され. する。位相制御器. 呼ぶ理由. いる。これらを位相制御器. GM クライオクーラーにおける具体的. ら. ある。. 位相制御器の動き. が開放しシモンジ内部にガス供給される際に下部に配置される。一方. 呼. タ゛スプヤーサーやピストンが圧力. 膨張空間の体積の位相を制御するために働く. 位相制御器. タ゛スプヤーサーソ. 低温部の容積が小さく. 低圧が開放された際. 2 - 10. し. 高圧弁るよう. 位相制御器. 上.

(29) 第2章. 部に位置させるこ１サイクルを通. 第. 節. 膨張空間を大きく低温部. 効率よく膨張を得るこ. 合わせによっ. あた. これら位相制御器. 行われる。シモンジ内のガス. もピストンの様に振動する。そこ. ピストン. る。. オモフ゛ス圧力に応. このよう. す[3]。このガスピストンを仮想した場合. ーラーの動作サイクル比し. が可能. パルス管クライオクーラーの冷凍原理. パルス管クライオクーラーの組. る。この位相制御器の動きにより. バッファシモンジ内. ガスを仮想的. ガス. パルス管クライオク. GM(ソルベイ)クライオクーラーの動作サイクル. 対. る。Fig. 2-5 にソルベインクライオクーラーのピストンお. 説明が可能. よびパルス管クライオクーラーのガスピストンの動きを冷凍サイクルのステップ毎に対比させた模式図を示す。. 過程(a) 高圧開放時ソルベインクライオクーラーのピストンるようにシモンジ上部へ持ち上場合. ガスの圧力により膨張空間を広. られる。一方. 圧力の影響によりガスピストンが圧縮され. パルス管クライオクーラーのその境界面が持ち上. られ. る。. 過程(b) 高圧閉鎖および低圧開放開始高圧バルブが閉鎖し低圧バルブが開放した直後ー. シモンジ低温部. ライオクーラーこの. き. 急激に圧力低下し温度が低下する。一方. パルス管内. 過程(c). 急激に圧力低下するこ. パルス管ク. 温度が低下する。. ソルベインクライオクーラーのピストンおよびパルス管クライオク. ーラーのガスピストンの境界面に動くこ. ソルベインクライオクーラ. く. 位相調整器の働きにより圧力に応. シモンジ上部に留まるこ. す. 膨張効果を最大にする。. 低圧開放. 低圧バルブの開放中. ソルベインクライオクーラー. りピストンが下降する。一方. パルス管クライオクーラー. 2 - 11. ガス圧力の低下によも同様にガスピス.

(30) 第2章. トンが伸長し. その境界面. パルス管内を下降する。. 過程(d) 低圧閉鎖および高圧開放開始ピストンおよびガスピストンが下降した後. 低圧バルブが閉鎖し高圧バルブ. が開放する。ソルベインクライオクーラー内の低温部. ピストンにより圧縮空. 間が狭まっ. 少量. いるの. 高圧側. クライオクーラーの場合量. ある。このこ. により. も. ら供給されるガス量. ある。パルス管. ガスピストンの下降により圧縮ガスの供給高圧ガスが低温部に入る際に生. 限に抑制される. 2 - 12. る圧縮熱. 少最小.

(31) GM ソルベイクライオクーラー PH. PL. PL. PH. Piston. a 高圧開放 2 - 13. 高圧閉鎖 ⇒低圧開放. 低圧開放. d 低圧閉鎖 ⇒高圧開放. パルス管クライオクーラー PH. PL. PL. PH. Gas Piston Surface. Fig. 2-5. 高圧閉鎖 ⇒低圧開放. 低圧開放. d 低圧閉鎖 ⇒高圧開放. GM (ソルベイ) およびパルス管クライオクーラーの膨張過程の比較. 第2章. a 高圧開放.

(32) 第2章. 第 4 節パルス管クライオクーラーの. 過程(b) めに. も述べたように. 相制御方法. パルス管クライオクーラー. 圧力変化に対するガスピストン移動の位相の. 大き. 膨張を得るた. れ(位相差)を必要. する。. Fig. 2-6 にパルス管クライオクーラーのコールチヘッチ内の構成模式図を示す。パルス管クライオクーラーの内部構成的単純呼. 構成. ある。圧力. れる部分. 向上. ガスピストンの変位. 発生させる。よっ. パルス管. の位相差. ら. る比較. 位相制御部. パルス管クライオクーラーの冷凍能力の. 位相制御部の改良による効果が大きい。位相差の角度により第 1 世代. パルス管クライオクーラーの位相制御第 3 世代まれ. 蓄冷管. いる。Fig. 2-7 にパルス管クライオクーラー. 分類され. いる代表的. ら. 採用さ. 位相制御方式を示す。. 第 1 世代の位相制御 1964 年に Gifford によっ発明されたパルス管クライオクーラーの原型ありベーシック型得る機構が. く. よ. れる [4] 。Fig. 2-7 (a). パルス管内部. 生. 0° によっ. わ. 位相差ほ. 達温度. 120 K に留まっ. 示すように積極的に位相差を. る圧力変化冷凍を得. ガスピストン移動. の間の. いるため冷凍効率が悪く到. いた。. 第 2 世代の位相制御圧力. ガスピストンの変位の位相制御. 蓄冷器. いう概念. 1984 年に Mikulin によ. パルス管. 相制御部高温側熱交換器. 低温側熱交換器. 高温側熱交換器. 圧縮部. Fig. 2-6. パルス管クライオクーラーの構成模式図. 2 - 14.

(33) 第2章. Fig. 2-7 (b). 導入された [5] 。Mikulin. っ. 示すよう. オモフ゛ス. バッ. ファタンクを導入した位相制御方法を発明した。これにより冷凍温度が 100 K を下回るパルス管クライオクーラーが実現した。この位相制御の方法る位相差型. 呼. 最大. 90°. ある。このタイプのクライオクーラー. 得られ. オモフ゛ス. れる。. 第 3 世代の位相制御位相差が 90°以下. るオモフ゛ス方式. ガス流量を増加させる必要がある。し器の負荷. り. 冷凍能力を向上させるために. し. ガス流量の増加. 熱交換効率を低下させるため. 蓄冷型熱交換. 冷凍能力の向上に限界があっ. た。その後. 位相差を 90°より大きくする方法が検討された。これらの位相制御. 第 3 世代の位相制御. 方法. ンヤット方式 [6]. 合わせた様々. 位相差 90°以上を達成し. クライオクーラー. れる。Fig. 2-7 に示すように (c) ジブルイ. (d) 4 バルブ方式 [7]. バルブやバッファを組相制御. 呼. (e) アクテ゛ブバッファ方式 [8] 方式が提案され. おりパルス管の PV 特性を改善し. に比較しうる効率が得られるように. これら位相制御方法の発達. いる。これら位. った。. 磁性蓄冷材の開発により 1993 年に. 段のパルス管クライオクーラー. 初め. GM. Gao が２. 4 K に到達した [9] 。この第 3 世代型. 位相制御方法の確立により 4K のパルス管クライオクーラーが実用化されるように. った。. 2 - 15.

(34) Valve Unit (Rotary Valve) PL PH. PL. PH. Buffer Tank. Orifice Cold head. Regenerator (Heat Exchanger). Pulse Tube. Cold stage. 2 - 16. (a) Basic Type PL Double Inlet. PH. Buffer Tank. (b) Orifice Type PL. PH. PL. PH. Valve. Four Valve. Orifice. Valve. (d) Four-Valve Type. Fig. 2-7. パルス管クライオクーラーの位相制御機構. (e) Active-Buffer Type. 第2章. (c) Double-Inlet Type.

(35) 第2章. 第 5 節２段型 4 K パルス管クライオクーラー. 第1項. ２段型 4 K パルス管クライオクーラー. 現在普及が進. ４K クライオクーラーに. 2 段型が採用され. いるこ. が多. い。Fig. 2-8 に 2 段型パルス管クライオクーラーの外観図を示す。2 段型クライオクーラー. グを有しそれ. れ膨張空間をもち異. 第 2 段コールチステーグ位(4～10 K) こ. 第 1 段および第 2 段コールチステー. ２つのコールチステーグ. る温度ヤベル. の冷凍能力を有する。. シモンジの最先端部にあり. 最も温度が低い低温部. る。一方の第１段コールチステーグ. が多く第 2 段コールチステーグを. 段型クライオクーラーを利用するメモットを得るの. く. の働きをするこ挙. 30～70 K. シールチ冷却. 使用される. に使用される。2. シールチ冷却のための冷凍能力. 第１段コールチステーグが第 2 段コールチステーグの予冷第 2 段コールチステーグの冷凍能力を安定させるこ. られる。. 第1段パルス管第1段コールドステー第2段パルス管第2段コールドステー Fig. 2-8. 2 段型４K パルス管クライオクーラー外観図. 2 - 17. も.

(36) 第2章. 第2項. ローマップ. 2 段型クライオクーラーれ冷凍能力が得られるこ. 第 1 段および第 2 段コールチステーグら冷凍能力の図示に. それ. ローチマップ Load Map. いうグラフが用いられる。Fig. 2-9 にローチマップのサンプルを示す。横軸に第 1 段コールチステーグ温度縦軸に第 2 段コールチステーグの温度を表しある一定熱負荷における温度の分するほうの点が. を点. 冷凍能力が大きいこ. 図示する。同熱負荷. 下に位置. を意味する。. ある熱負荷時の温度分布を表示する同熱負荷で、左下に位置するほ、冷凍能力が高いこを意味する. Fig. 2-9 ローチマップのサンプル. 2 - 18.

(37) 第2章. 第 6 節クライオクーラーの振動問題. 第 1 項クライオクーラーの振動. 近年. クライオクーラー. 高感度. イオクーラーを扱うユーザー. ら. クライオクーラーの振動が及. 分析機器に導入されるこ低振動の要求が高まっ. す影響. し. いる分析器や計測器の計測感度の低下きさを示す例. し. クラ. いる。. られるの. 取り付けられ. ある。クライオクーラーの振動の大. Fig. 2-10 に高エネルウー加速器研究機構 KEK および 4 K PTクライオクーラーを運転した際の. 神岡鉱山内における地面振動ヤベルコールチステーグ. 挙. が多く. の振動ヤベルを比較したグラフを示す。. クライオクーラーの低振動化に関する目標際の振動ヤベルを不可避. 環境ノイゲ. クライオクーラーを運転する. ある地面振動以下に抑制するこ. る。. パルス管クライオクーラーコールドステーの振動変位. ＫＥＫにおける地面振動. 神岡鉱山における地面振動. Fig. 2-10. クライオクーラーの振動影響. 2 - 19. あ.

(38) 第2章. 第 2 項重力波検出器の低振動要求. 本研究の直接的. 目標. イオクーラーを開発するこ重力波の. ある。. アインシポタインの一般相対性理論によっ. 大変微弱. 端的. 低温干渉計型重力波検出器に搭載する低振動クラ. 波. あるため未. 直接検出され. 研究プログェクトが進められ. いる。日本におい器研究機構らが. 東京大学宇大規模. 世界. い. い。現在. いるもの. 世界各国の先. 最初の重力波の直接検出を競っ. 線研究所. 国立天文台. 高エネルウー加速. 低温干渉計型重力波望遠鏡 LCGT (Large-scale. Cryogenic Gravitational wave Telescope)を提案しる低振動クライオクーラー. 予言され. いる[10]。本研究. LCGT のプロトタイプ. 開発す. る CLIO Cryogenic. Laser Interferometer Observatory に搭載される[11]。 Fig. 2-11 に低温ヤーザー干渉計 CLIO の概要図を示す。CLIO のため２つの試. がされ. いる。. つ. 地面振動を小さくするために. 岡鉱山の地下サイトへ干渉計を設置するこえるための. 低温鏡の導入. 鏡を実現するための. 感度向上. もう一つ. 反射鏡の熱雑音を抑. ある。本研究のクライオクーラー. 冷却手段. し. 用いられる。低振動. 液体寒剤が考えられるが CLIO におい. 後者の低温. 冷却する手段. 液体寒剤が使用. (1) 観測が長期間におよびヘモウム運搬ン注入. 神. き. し. い理由. の手間コストが. (2) 何しらの原因液体寒剤の急激蒸発が生た場合坑道内. し. るこ. の窒息事故. の危険性が考えられるこ. が挙. られる。クライオクーラーの使用. これらの液体寒剤を使用するこ. に. よるタメモットを解消する。し. し. クライオクーラーの振動が干渉計の感度. に影響を及. ら. い。そこ. すこ. ーラーが必要. があっ. 極め. 低振動. クライオク. る。. Fig. 2-12 に CLIO の冷却システムの概要図を示しまた CLIO がクライオクーラーに対し求める仕様を Table 2-1 にまめる。冷凍能力の要求値ステーグ. 4.5 K. 0.5 W 熱負荷. ある。冷却対象の低温鏡. 第 1 段ステーグ. 50 K. 20 W 熱負荷. 防振機構を備えたヒートモンクを介し. 2 - 20. 第2段 20 K ま.

(39) 第2章. 冷却される。またクライオスタットの輻射シールチも冷却する必要がある。この冷凍能力の要求値を満たす 2 段ステーグ型のクライオクーラー GM クライオクーラーらびにパルス管クライオクーラー一方振幅. 振動に関する要求値 1 μm 以下. ラーの事例ち味し. し. が考えられる。. クライオクーラーのコールチステーグの振動. ある1。 1 μm 以下を達成した 4 K パルス管クライオクー. 報告され. おら. 新た. 低振動化の開発が必要に. る。す. 世界最高ヤベルの低振動性を有するクライオクーラーを開発するこ. わを意. いる。. Fig. 2-11. 低温ヤーザー干渉計 CLIO 概要図. クライオスタットに要求される振動神岡の地面振動ヤベル(１Hz 10-9 m) ある。クライオクーラーら主クライオスタットま約 1 m の柔らいヒートモンク伝熱冷却されこのプロセスさらに 2 桁の振動低減が行われる設計にっいる。 1. 2 - 21.

(40) 第2章. Vibration Isolation System Cryostat. Vibration Isolater Double Pendulum. Cryocooler for Shield Pipe. 10K. Beam Duct. Heat Link. 80K. Suspension Fiber. 300K Laser Beam. Vacuum Cryocooler 4K. Mirror ( 20K ) Shield Pipe 100K. Fig. 2-12. CLIO 冷却システムの概要図. Table 2-1. CLIO 要求仕様. 項目. 対象. 要求値. 冷凍能力. 第 1 段冷却ステーグ. 50 K におい. 20 W 以上. 第 2 段冷却ステーグ. 4.5 K におい. 0.5 W 以上. 振動値. 冷却インターフェース部2 1 μm 以下. 2. 冷却インターフェース部クライオクーラーにおい被冷却物を取り付ける部位を示す。通常冷凍機ユニットコールチステーグが相当するが外部減振機構を設ける場合も想定されるため冷却インターフェース部表現するこする。. 2 - 22.

(41) 第2章. 参考文献. [1] Randall F. Barron, Cryogenic systems second edition, Oxford University press Clarendon press, pp. 270-276 (1985) [2] 井上達夫, ”熱音響理論. パルス管冷凍”, 第 6 回低温工学サマーセミヂーテゥスト, pp.. 35-49 (1996) [3] 松原洋一: “クライオクーラ[5] ―極低温冷凍機の基礎―”, 低温工学, Vol. 42, No. 6, pp.188-195 (2007) [4] W.E. Gifford and R.C. Longsworth: “Pulse-tube refrigeration”, ASME paper No. 63-WA-290 presented at Winter Annual Meeting of the American Society of Mechanical Engineering, Philadelphia, Pennsylvania, Nov. pp.17-22 (1963) [5] E. I. Mikulin et al.: “Low-temperature expansion pulse tubes”, Advances in Cryogenic Engineering 29 pp.629 (1984) [6] S. Zhou et al.:"Double inlet pulse tube refrigerators: an important improvement", Cryogenics, Vol. 30, pp.514-520(1990) [7] Y. Matsubara and A. Miyake: “An alternative methods of the orifice pulse tube refrigerator”, Proceedings of 5th International Cryocooler Conference, Naval Postgraduate School, Monterey, pp.127-135 (1988) [8] S. Zhou et al.: “Investigation of active-buffer pulse tube”, Cryogenics 37, pp.461-471 (1997) [9] 高金林, 松原洋一: "３段パルス管構造による４Ｋ冷凍機", 低温工学, Vol. 29, No. 4 , pp.28-32 (1994) [10] K. Kuroda et al.: "Large-scale Cryogenic Gravitational Wave Telescope", Int. J. Mod. Phys. D 8 , pp. 557 (1999) [11] S. Miyoki et al.: "Status of the CLIO project", Institute of physics publishing Class. Quantum Grav. 21, pp. S1173-S1181 (2004). 2 - 23.

(42) 第3章. 第. 章. 低振動パルス管クライオクーラーの設計. 低温ヤーザー干渉計型重力波検出器プロトタイプ CLIO に振動. クライオクーラー. 不可. ーラーが考えられる。パルス管クライオクーラー部品が. いこ. ら低振動. 冷凍機. い. った。本研究. ま. の構造. 議論する。次に. 特徴につい. パルス管クライオク. コールチヘッチ部に可動. 知られ有力. 候補. ある。し. し. ある例. パルス管クライオクーラーに新しい振動. パルス管クライオクーラーの振動メカニゲム. された振動低減の例につい目につい. 低. 1 μm 以下の低振動性能の達成を目指す。. 低減策を導入するこ本章. し. し. もコールチステーグ振動が 1 μm 以下. パルス管クライオクーラー報告され. 極め. ある。CLIO が要求する冷凍能力(0.5 Ｗ負. 4.5 K 以下)を満たすクライオクーラー. 荷におい. っ. 述べ. これま. に. 低振動クライオクーラー開発に必要. 項. 新しく開発した低振動パルス管クライオクーラー. 述べる。. 第 1 節クライオクーラーの振動. ニズ. パルス管クライオクーラーの振動要因. ３つ考えられ. 振動コールチヘッチ部の加振力そし. 圧力. 換えバルブの. パルス管の伸縮振動が挙. られる。. Fig. 3-1 にパルス管クライオクーラの内部構造の模式図を示す。. 圧力. 換えバルブの振動. Fig. 3-2 にパルス管クライオクーラーの発生形態につい. 使用される圧力. 検討した模式図を示す。圧力. 換えバルブの振動. 換えバルブ. 駆動によりロータモーバルブを回転させる。ロータモーバルブにられ. おり. し高圧流路. モーターの流路が設け. ロータモーバルブが回転するこ. 蓄冷器へ導入する流路に対. 低圧流路を. る。バルブユニットに. り替えるこ. が可能. 3-1. モ.

(43) 第3章. Valve Unit (Rotary Valve) PL. PH. Buffer Tank. Orifice Cold head. Phase Controler Gas Piston Regenerator (Heat Exchanger). Pulse Tube. Cold stage. Fig. 3-1. パルス管クライオクーラーの内部構造の模式図. パルス管クライオクーラー. 主に高圧. ユニット蓄冷器パルス管バッファ. 低圧の圧力振動を供給するバルブオモフ゛ス. ら. る位相制御器. 構. 成される。ーターが内蔵されまた. おり. 高圧(2.0～2.5 MPa). モーターが回転するこ. 振動が発生する。. 低圧(0.8～1.0 MPa)の 1 MPa 以上の圧力差の. えの際に発生する反作用が振動源揺れ. によっ. る。バルブ部の振動. 換. バルブ部全体が. バルブが接続される周辺部品やクラオスタットに伝わる。. コールチヘッチ部の加振力 Fig. 3-3 にパルス管クライオクーラー態につい. 検討した模式図を示す。コールチヘッチ部におい. ト同様に圧力変動による反作用が生る箇所にれるよう. コールチヘッチ部の加振力の発生形. るため振動. る。圧力. このコールチヘッチの振動. バルブユニッ. コールチヘッチ内部のあらゆコールチヘッチ全体が揺. ある。. パルス管伸縮振動 Fig. 3-4 にパルス管の伸縮振動の発生形態につい検討した模式図を示す。パルス管の伸縮振動. 2 つの原因が考えられる。. 3-2.

(44) 第3章. Motor . Pressure Switching . Fig. 3-2 圧力圧力. 換えバルブによる振動. う反作用が生. るこ. 生. 換えバルブの振動. モーター動作によるもの圧力の変化に伴. る。. Fig. 3-3. コールチヘッチ加振力. 圧力の変動によりコールチヘッチの様々. 箇所. 反作用による振動が生. る。. ⊿P. ⊿T a. (b) 温度変動による伸縮振動. 圧力変化による伸縮振動. Fig. 3-4. パルス管の伸縮振動. 3-3.

(45) 第3章. (1). パルス管が内部の圧力変化に伴っ弾性変形するこにより生る伸縮. (2). パルス管内の温度変化に伴い熱膨張(熱収縮)するこ. 予想される。(1)の圧力変動によるパルス管の弾性変形およそ 10 μm 程度. ンの結果. チステーグの振動ヤベル圧力変化に起因する. ほ. 推定され一致し. せ. シミポヤーシミ. いる。この値. おり. 実測によるコール. パルス管の伸縮振動. 主. し. 考えられる。. これらの振動源の発生の元得るのに. る伸縮. 材料の熱膨張率ら推測する数 μm 以. (2)の熱膨張ン収縮による伸縮振動下. により生. い圧力. るの. パルス管クライオクーラーが冷却を. 換えに起因し. いるため. 必然的に生. るもの. あ. る。実際のパルス管クライオクーラーの振動ヤベル. 都丸らによっ. CLIO 用の低振動冷凍装置の開発に先立ち. いる。都丸ら. いくつ. イオクーラーの振動を測定し解析した [1, 2]。この研究ーの振動を比較し. コールチヘッチの加振力. のクラ. クライオクーラ. コールチステーグの変位振動に分け. いる。この結果を Table 3-1 に示す。ま. につい. 評価され. コールチヘッチの加振力. 0.1 m/s2. パルス管クライオクーラー. GM クライオク. り. ーラーの 10 m/s2 に比べ十分に小さい。一方コールチステーグの変位振動につい. 動作時のガス圧力変動によるパルス管の弾性変形のため. 位が GM クライオクーラーこのこ. あるこ. が明ら. に. った。. 低振動が期待されたパルス管クライオクーラー. ルチステーグの変位についうこ. 同ヤベル. を意味し. GM クライオクーラー. いる。したがっ. 振動変. も. 実. あまり変わら. コーい. コールチステーグ振動の低減が課題. る。. 3-4. い.

(46) 第3章. Table 3-1. 都丸らの研究による 4 K GM クライオクーラーおよび 4 K パル. ス管クライオクーラーの振動比較パルス管クライオクーラー加振力が小さいが. GM クライオクーラーに比べ. コールチステーグの変位振動. コールチヘッチ. あまり変わら. い。. GM クライオクーラー. パルス管クライオクーラー. 振動の種類. SRDK-408 注. SRP-052 注. コールチヘッチ加振力. ±10 m/s2. ±0.1 m/s2. ±24 μm. ±16 μm. (加速度) コールチステーグ振動. (第 2 段コールチステーグ. (変位) 注. (第 2 段コールチステーグ. /シモンジ軸方向). /パルス管軸方向). 友重機械工業製. 第 2 節従来の振動低減策の事例 SQUID や NMR への搭載を目的. パルス管クライオクーラーの低振動化たいくつ. の報告例がある。本節. これま. ライオクーラーの低振動化の事例につい. に報告され. し. いるパルス管ク. 述べる。. 第１項従来の振動低減策. Fig. 3-5 に従来のパルス管クライオクーラーに対する低振動策の概要図を示す。また. Table 3-2 に各振動低減策の結果をま. めた。. Lienerth の例 [3] Lienerth ら. SQUID 搭載を目的. ラーに FRP ロッチ. し. 単段 80 K パルス管クライオクー. 支持された新しい冷却インターフェース. VR(Vibration Reduction)ステーグを設けーラーのコールチステーグ. ヒートモンク. ある. パルス管クライオク. 熱的に接続する構造を考案した。これにより. ルス管の軸方向の振動振幅を 6.0 μm. ら 0.6 μm へ 1 桁低減した。. 3-5. パ.

(47) 第3章. Fujimoto の例 [4] SQUID 搭載を目的 Lienerth. 単段 80 K パルス管クライオクーラーに対し. し. 同様の方法を用い. 0.6 μm の振動低減を達成した。. Wang の例 [5] 2 段型 4 K パルス管クライオクーラーに対しが実施した振動低減策. Lienerth および Fujimoto ら. 同様の方法を採用し振動振幅を 3 μm 以下に低減した。 FRP 製のロッチにサポ. これらパルス管クライオクーラーの振動低減策ートされた新しい冷却インターフェースを設け機本体のコールチステーグ用し. いる。これま. この VR ステーグが. 柔軟性のあるヒートモンク. に触れた 3 つの事例の中. 接続される構造を採. 二段 4 K パルス管クライオ. Wang の一例. クーラーに対する振動低減を行った事例. 冷凍. ある。次項. Wang の方法の問題点を分析する。. Table 3-2. 過去のパルス管クライオクーラーの低振動策の事例 Lienerth. 冷凍機種類. 単段型 80 K. Fujimoto 単段型 80 K. Wang 2 段型 4 K. パルス管クライオパルス管クライオパルス管クライオ. アプモケーシミン. クーラー. クーラー. SQUID. SQUID. 振動振幅(施工前) 6.0 μm (施工後) 0.6 μm. 3-6. X. 1.2 μm. Y. 1.5 μm. Z. 1.4 μm. X. 0.6 μm. Y. 0.6 μm. Z. 0.6 μm. クーラー. 25 μm (z). < 3 μm (z).

(48) 第3章. VR ステーグ支持ロッチ. ヒートモンク. 支持ロッチヒートモンク VR ステーグ. (a) Lienerth の方法. (b) Fujimoto の方法. PT405. G10 FRP 支持ロッチ. OFHC 製ブヤーチ型ヒートモンク. VR ステーグ (c) Wang の方法 Fig. 3-5 い. 従来の低振動策の事例の概要図. れの振動低減策も新たに VR ステーグを設け. する方法が採用され. いる。. 3-7. ヒートモンクにより防振.

(49) 第3章. 第2項. Wang の事例の分析. Wang の例 1μm 以下. 3 μm の振動低減を実現した。し. あるため. し. 更に振動を低減する方法につい. 今回の開発目標. 検討する。. Wang の方法の問題点の分析を Fig. 3-6 に示す。. 圧力圧力. 換えバルブ振動換えバルブがコールチヘッチに内蔵され. 振力がコールチヘッチの振動大き. 加振力を発生するこ. し. 伝播する. がこれま. おり. 圧力. 換えに伴う加. 考えられる。圧力. の研究. 指摘され. 換えバルブ. いる。. コールチヘッチ加振力 VR ステーグがコールチヘッチに直接設けられ加振力が VR ステーグに直接伝播する. いるためコールチヘッチの. 考えられる。. パルス管伸縮振動 VR ステーグンクに. G-FRP 製の支持ロッチ. コールチステーグ. 接続され. 振動低減が一軸に限られる. 支持され. いる。し. し. いう問題がある。. 3-8. 銅製板バネ型のヒートモ板バネ型のヒートモンク.

(50) 第3章. PT405 圧力切替えバルブがコールドヘッド部に内臓. コールドヘッド振動が冷却部に伝播. G10 FRP 支持ロッチ OFHC 製ブヤーチ型ヒートモンク. 硬いOFHC製のブード型ヒートンク. (a). VRステーグ (減振ステーグ). 減振機構の構造. VIB. 問題点の抽出. Pressure switching valve. VIB. Housing Cylinder. Supporting rods (G10 stand). Soft connection. VIB. Cryostat. VIB. 1st cold stage 2nd cold stage. Hard connection. Heat link (Flexible connection) VR stage. (b) Fig. 3-6 Wang の事例. 振動源. バネ系モタルによる分析. Wang の振動低減策の分析 VR ステーグ. ッチ加振力を VR ステーグに伝え. の分離が不十分. しまうため. い。. 3-9. コールチヘ. 減振の効果が十分に発揮され.

(51) 第3章. 第. 節低振動パルス管クライオクーラーのコンプト第 1 節ら第 2 節. 本節. クーラーのコンセプトをま定. 振動源. 検討した結果を基に低振動パルス管クライオ. める。基本的. VR ステーグ間に柔軟. 考え方. し. 振動源の分離ン固. テーグにコールチヘッチの振動が伝播し. 構造を採用した。Fig. 3-7 に. いよう. 今回採用した振動低減策のバネ系モタルを示す。以下に動低減策の各項目につい. 圧力圧力. VR ス. ヒートモンクを挿入するこ. 本研究. 導入した振. 詳細に述べる。. 換えバルブの振動対策 1 MPa 以上の圧力変化を生. 換えバルブ. が発生する。幸いパルス管クライオクーラー離を行うこ. が可能. この対策製の強固. るこ. ら大き. その動作原理. 振動. らバルブの分. ある。. 圧力. 換えバルブ. 固定台に金具. た配管. 圧力損失が生. につい. 検討が必要. コールチヘッチより分離し. 固定する。しるの. し. ステンヤス. バルブを分離したために導入し. バルブを分離するこ. による冷凍能力の低下. ある。. コールチヘッチ加振力対策コールチヘッチるこ. 圧力変化による反作用. クライオスタットを揺らすよう. コールチヘッチ加振力に対する対策. 加振力が生. る。これを低減す. 振動の低減が可能. 重要. る。この振動伝播を低減するため. を導入した。バネ定数の小さいベローゲを用いるこライオスタットをし. り離し. グ. るフラング. ムによっ. 本対策. VR ステーグベローゲ. コールチヘッチ. ク. コールチヘッチ加振力をクライオスタットに伝播. いようにした。ベローゲの両端にクライオスタットの蓋. この. ある。. また VR ステーグを導入した場合にコールチヘッチ加振力に振動させる原因. るため. コールチヘッチを支持するフラング. るフラングを設け. クライオスタット. コールチヘッチ支持フラン. 別に地面にアンカーされた支持フヤー. 荷重支持される。. 3 - 10.

(52) 第3章. VR ステーグ機構を構成する部材の高性能化熱伝導性能がよく剛性の低いヒートモンクを用いステーグを接続するこ. 冷凍能力を犠牲にするこ. らの振動伝播を抑えるこトモンクの材質. ら隔離され. くコールチステーグ. る。そのための支持ロッチおよびヒー第 4 章. 形状の研究につい. が本研究の設計コンセプトにより振動源. が可能. VR. コールチステーグ. ある。Fig. 3-7 いるこ. 検討する。これら振動低減策ら VR ステーグが柔軟. が明ら. 部材. ある。この構造により十分. VR ステーグの振動低減効果が期待される。 Fig. 3-8 に本研究導入した振動低減策の特徴をまめた概念図を示す。パルス管クライオクーラー. VR ステーグの採用. け. くコールチヘッチ. VR. ステーグを分離するベローゲの採用バルブユニットの分離ン固定 VR ステーグの構成部材の特性改善も大き冷却インターフェースうに設計されら. 特徴. 挙. られる。これらの要素によっ. る VR ステーグに伝播する振動が小さく. いる。コールチヘッチ. 独立懸架型振動策. し. VR ステーグを別々に支持するこ. 呼ぶ。. 3 - 11. るよ.

(53) 第3章. Cold head Cryostat. VIB VIB. Bellows Cold head supporting frame. Soft connection 1st cold Hard connection stage 2nd cold stage Valve stand. VIB. 1st VR stage. Valve unit (Pressure switching valve). VIB. Cryostat. 2nd VR stage. Gr und Fig. 3-7 VR ステーグ. 本研究の振動低減策のバネ系モタル. コールチステーグ. 柔軟. 振動が伝わりにくくまた VR ステーグを別々に支持し. いるこ. 部材. 接続され. いるこ. ら. コールチヘッチバルブユニット. ら振動低減効果が大きい. 考えられる。. パルス管冷凍機の採用ｺｰﾙﾄﾞｯﾄﾞ振動源ﾊﾞﾙﾞ振動源. ベローによるコールドヘッド振動の分離. VRステーの導入バルブユニットの分離固定剛性の高いアルミナFRP製支持ロッド冷却インターェースへ振動を伝えい. 柔軟性の高い Al撚り線ヒートンク地盤振動のさい地面へアンカー. 独立懸架型振動低減策 Fig. 3-8 冷却インターフェースうに設計されら. 独立懸架型振動低減策の概念図る VR ステーグに伝播する振動が小さく. いる。コールチヘッチ. 独立懸架型振動策. るよ. VR ステーグを別々に支持するこ. 呼ぶ。. 3 - 12.

(54) 第3章. 参考文献. [1] T. Tomaru et al.: “Vibration Analysis of Cryocoolers”, Cryogenics 44 (2004) 11-34 [2] T. Tomaru et al.: “Vibration Analysis of Cryocoolers”, TEION KOGAKU 38 (2003) 693-702 (in Japanese) 都丸隆行ら. 小型冷凍機の振動解析. 低温工学 38 (2003) 693-702. [3] C. Lienerth, G. Thummes and C. Heiden: "Progress in Low Cooling Performance of a Pulse-Tube Cooler for HT-SQUID Operation", IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 11 No.1. (2001) 812-814. [4] S. Fujimoto et al: “Development of a Low-noise, Single-stage Pulse-tube Cryocooler”, J. Cryo. Soc. Jpn. Vol. 39-7, (2004) 322-327 藤本修二ら [5]. (in Japanese). 低ノイゲ単段パルス管冷凍機の開発. 低温工学 39 (2004) 322-327. C. Wang et al.: "Development of 4K Pulse Tube Cryorefrigerators at Cryomech",. CP613 Adv. Cryo. Eng. : Proceedings of the Cryogenic Engineering Conference Vol. 47 (2002) 641-648. 3 - 13.

本文 総合研究大学院大学学術情報リポジトリ 乙188 本文

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