用于超导磁体的磁屏蔽材料制造技术

本发明专利技术提供用于超导磁体的磁屏蔽材料。本发明专利技术提供了一种磁屏蔽材料，所述磁屏蔽材料可以通过即使在例如77K以下的低温在1T以上的磁通量密度的强磁场中也具有优异的电导率从而减小厚度。在77K以下的低温在1T以上的磁通量密度的磁场中使用的磁屏蔽材料包含具有99.999质量％以上的纯度的铝。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于超导磁体的磁屏蔽材料，所述磁屏蔽材料在例如77K以下的低温，尤其是20K以下的深冷温度下表现出优异的电导率；并且更具体地涉及一种甚至当在例如IT以上的强磁场中使用时也能展现出优异的电导率的磁屏蔽材料。
技术介绍
超导磁体已经被用于多种领域，例如用于诊断的MRI (磁共振成像)、用于分析用途的NMR(核磁共振)或磁悬浮列车。用液氦冷却至其沸点4. 2K(开尔文)的低温超导线圈和用制冷器冷却至约20K的高温超导线圈已被作为超导磁体使用。·为了抑制磁场外部的变化对超导磁体的影响，或者为了抑制由超导磁体产生的磁场对外部的不利影响，通常将磁屏蔽材料设置在超导磁体的周围。因为随着磁屏蔽材料的电阻率变低可以以更薄的状态获得磁屏蔽效应，所以通常使用具有低电阻率的材料。例如，JP H05-144637A公开了因为其低电阻率，铝、铜和它们的合金可以有效地将变化的磁场与外部屏蔽，从而降低超导线圈内的AC(交流电)损失。作为磁屏蔽材料,广泛地使用具有99. 99质量％以上纯度的无氧铜(在下文有时表示为“4N” (四个九)并且，在表示纯度的质量百分比符号中，有时将符号表达为“N”放置在从头连续的“9”的数目之后，例如，99. 9999质量％以上的纯度有时类似地表示为“6N”(六个九))，在铜中，所述无氧铜具有低电阻。迄今，对于使用这种超导线圈的装置的小型化和重量减轻存在强烈的需求。为了进行小型化和重量减轻，重要的是将磁屏蔽材料紧挨超导线圈设置。类似于设置在超导线圈周围的外围材料，将磁屏蔽材料紧挨超导线圈放置意味着磁屏蔽材料被冷却至与超导线圈的工作温度相同的深冷温度如4. 2K或20K，或液氮的沸点77K以下。而且，这意味着将磁屏蔽材料在来自超导线圈的磁场中使用，即将其在施加了IT (特斯拉)以上的磁通量密度的强磁场的状态中使用。仅在深冷温度的条件下，通过使用例如上述具有4N等级纯度的铜或铝可以获得所需的低电阻率。然而，存在这样的问题在例如IT以上的强磁场中电导率由于磁电阻效应而降低。众所周知铜具有显著的磁电阻效应(即在磁场中电阻率显著地增加)，并且同样众所周知，虽然比不上铜，铝也展现巨大的磁电阻效应。由磁电阻效应引起的电导率降低(电阻率增加)导致由来自外部的磁场产生的涡电流的穿透深度增加。因此，需要增加磁屏蔽材料的厚度以获得所需的磁屏蔽特性，结果妨碍了超导装置的小型化和重量减轻。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目标是提供一种磁屏蔽材料，所述磁屏蔽材料可以通过即使在例如77K以下的低温，尤其是20K以下的深冷温度在IT以上磁通量密度的强磁场中也具有优异的电导率从而减小厚度。在方面1，本专利技术提供一种在77K以下的低温(优选20K以下的深冷温度)在IT以上的磁通量密度的磁场中使用的磁屏蔽材料，所述磁屏蔽材料包含具有99. 999质量％以上纯度的铝。本专利技术人已发现，通过将纯度控制在99. 999质量％以上，对于铝(Al)甚至也可以显著地抑制磁电阻效应。由这种铝制成的磁屏蔽材料甚至在例如77K以下的低温(尤其是20K以下的深冷温度)在IT以上的磁通量密度的磁场中使用时也能获得优异的电导率。如下面将详细的描述的，通过以这样的方式获得优异的导电性(低电阻率)，使得降低由来自外部的磁场产生的涡电流的穿透深度成为可能。因此，根据本专利技术的磁屏蔽材料可以减小厚度。从而，实现使用超导装置的多种设备的小型化成为可能。在方面2，本专利技术提供根据方面I所述的磁屏蔽材料，其中所述铝具有以质量计Ippm以下的铁含量。 通过将铁含量控制在以质量计Ippm以下，可以更确定地保证强磁场中的电导率，并且从而可以减小涡电流的穿透深度。在方面3，本专利技术提供了根据方面I或2所述的磁屏蔽材料，其中所述铝具有99. 9999质量％以上的纯度。在方面4，本专利技术提供了根据方面I或2所述的磁屏蔽材料，其中所述铝具有99. 99998质量％以上的纯度。在方面5，本专利技术提供根据方面I至4中的任一项所述的磁屏蔽材料，其中所述铝包含金属间化合物Al3Fe15根据本专利技术，可以提供一种磁屏蔽材料，所述磁屏蔽材料可以通过即使在例如77K以下的低温，尤其是20K以下的深冷温度在IT以上磁通量密度的强磁场中也具有优异的电导率从而减小厚度。附图说明图I是显示电导率指数与所施加的磁场(磁通量密度)之间的关系的图。图2是显示涡电流穿透深度与所施加的磁场(磁通量密度)之间的关系的图。具体实施例方式根据本专利技术的磁屏蔽材料包含具有99. 999质量％以上的纯度的铝，以便在甚至IT以上的磁通量密度的磁场中使用。首先，本专利技术人已发现，具有纯度99. 999质量％以上的铝，即使当在IT以上的磁通量密度的磁场中使用时，也不会显著地表现出磁电阻效应，并且因此电导率不会降低。从而完成了本专利技术。如在例如JP2009-242865A和JP2009-242866A中公开的内容，已知在深冷温度例如液氦温度，电阻率随着铝纯度如5N(99. 999质量％以上的纯度)和6N(99. 9999质量％以上的纯度)的增加而降低。如在例如JP2010-106329A中公开的内容，具有99. 999质量％以上的纯度并且还具有以质量计Ippm以下的铁含量的铝也是已知的。已知虽然当在没有施加磁场的状态时通过将纯度增加至约4N，能改善铝在制冷温度的电导率增加，但当在施加IT以上磁通量密度的磁场时会出现显著的磁电阻效应，并且从而引起电导率的降低。考虑到与4N纯度的铝类似，5N和6N纯度的高纯度铝在强磁场中也不能获得高电导率。因此，据认为具有99. 999质量％以上纯度的铝不能在IT以上的磁通量密度的磁场中使用的磁屏蔽材料中使用。 如上所述本专利技术人已经发现，首先，通常认为在强磁场中电阻率的增加不会在具有5N以上等级的闻纯度招中出现。虽然将在下述实施例中详细描述，关于通常用作磁屏蔽材料的铜，即使在5N或6N或更高纯度的高纯度材料的情况下，也发现其电导率在强磁场中急剧下降。因此，本专利技术人发现通过获得5N以上的高纯度甚至在强磁场中也保持高传导性的现象为铝所特有。在根据本专利技术的磁屏蔽材料中，优选将铝中含有铁的量控制在以质量计Ippm以下。如以下将详细描述的，据认为其理由如下通过控制作为铁磁性元素的铁的量能更加确定地抑制磁电阻效应，并且从而使得能够确保抑制在强磁场中电导率的下降(由强磁场的施加引起)。通过在77K(_196°C )以下的低温，更优选20K (_253°C )以下的深冷温度并且以IT以上的磁通量密度施加磁场状态中使用，根据本专利技术的磁屏蔽材料显著地展现出作用。在详细描述根据本专利技术的磁屏蔽材料之前，对为什么使用具有优异电导率的材料的磁屏蔽材料可以减小厚度进行说明。当将可变磁场从外部施加至导体(电阻)如磁屏蔽材料时,导体中产生的涡电流的穿透深度与以下等式(I)中所示的d成正比例d = V (P /f) (I)其中P是导体的电阻率，并且f是可变磁场的频率。尽管存在动态干扰因子如归因于超导磁体的频繁励磁/消磁的磁场变化和振荡，以及其他干扰因子，频率f通常在50Hz至500Hz的范围内。因此，当施加以上范围内的频率的可变磁场时，对于磁屏蔽材料需要的是具有大于涡电流的穿透深度的厚度。如从等式⑴显而易见的，d与P 1/2成正比例。即，所发现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在77K以下的低温在1T以上的磁通量密度的磁场中使用的磁屏蔽材料，所述磁屏蔽材料包含具有99.999质量％以上纯度的铝。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：都丸隆行，佐佐木宪一，星河浩介，田渊宏，
申请(专利权)人：大学共同利用机关法人高能加速器研究机构，住友化学株式会社，
类型：发明
国别省市：