第10回受信機ワークショップ 2010/3/6 （国立天文台） ＧＭ冷凍機の温度振動逓減 高知大理　　　　西岡　孝 共同研究者

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1 -----------共同研究者------------- -----------開発資金補助----------
第10回受信機ワークショップ 2010/3/6 （国立天文台） ＧＭ冷凍機の温度振動逓減 高知大理　　　　西岡　孝 共同研究者 高知大　角田泰啓，沖殿圭祐 国立天文台　松尾宏 大阪府大　小川英夫 名古屋大　前澤裕之 開発資金補助 国立天文台共同開発研究 ＪＳＴシーズ発掘試験

2 目次 序論 本論 まとめと今後の開発 重い電子系 高知大学方式3He GM冷凍機 国立天文台との共同開発とその影響 ＧＭ冷凍機の温度振動
冷却能力と温度振動 冷却能力の維持 温度振動の逓減 まとめと今後の開発

3 重い電子系の研究 希土類のCe, YbやアクチナイドのUを含む化合物 極低温（１Ｋ以下） 超高圧（１万気圧以上）

4 極低温環境（名古屋大学 ｖｓ 高知大学） 名古屋大学 （～H16.3） 高知大学 （H16.4～） 液体窒素 ～70 円/L
液体ヘリウム ～350 円/L（大口） ～650 円/L（小口） ～3000 円/L （大口） 予算 ～100 万円/年 ～10 万円/年 実験可能日数 100 日以上/年 ～2　日/年 山頂の環境？

5 GM 冷凍機 長所 短所 目的：1 K以下の極低温環境の実現 比較的安価 簡単に低温(4 K程度)を実現 液体ヘリウム不要
冷却ヘッドの温度振動が大きい 目的：1 K以下の極低温環境の実現 GM冷凍機本体

6 高知大学方式3He GM冷凍機システム 4 K pot 1 K pot 3He pot 日本物理学会2007年秋

7 高知大学方式3He冷凍機の発明以降の開発 2007.3 高知大学方式3He GM冷凍機特許出願
名古屋大学技術部小林さん，河合さん 名古屋大学STE研前澤さん 第8回受信機ワークショップ 　　　　　　 「4KGM冷凍機を用いた1K以下の実現」 国立天文台共同開発研究書類提出 小川先生，松尾さん 採択通知（角田君の修士論文のテーマ） 共同研究締結 冷凍機入荷 共同開発研究終了 ~ 　　　　　　角田君の修士論文のテーマとして冷凍機開発

8 高知大学に与えられた課題 間欠運転による完全無振動運転（前沢さん） 30分程度の維持は可能であるが、再び低温を得るのに1時間程度要する
連続運転による温度振動の逓減（小川先生） 冷却能力を損ねずに温度振動はどのくらい逓減できるか？ 4Heのみで1 3Heは高価であり、取り扱い面倒 テラヘルツカメラへの応用など

9 国立天文台との共同開発の影響 JSTからの支援 大学内での影響 2008.11.7 技術シーズ発表会 2009.4.3 ＪＳＴ新技術発表会
技術シーズ発表会 ＪＳＴ新技術発表会 地域発技術シーズ発表会inおおさか シーズ発掘試験採択 大学内での影響 全学金工室の整備（学長裁量経費） 補正予算の順位の繰上げ（~5000万円のマグネット）

10 高知大学のインフラ整備 全学金工室 2009.4~ 物理金工室 昭和37年般若鉄工所 ~2009.3

11 GM冷凍機の温度振動 最低温度付近で ~ 200 mKの温度振動 2nd Stage

12 3He冷凍機の温度のゆらぎ 温度のゆらぎは　1 mK　以下 短時間では　0.2 mK　程度 物質の比熱

13 冷却能力と温度振動 熱伝導(K)を良くし，さらに熱容量(C)を大きくすることによって，冷却能力を維持しつつ温度振動の逓減が可能
2nd Stage 2nd Stageへの熱流： ･･･K：熱伝導 ① 定常状態(dθ/dt=0) では， 温度差：Δθ∝1/K また，温度振動(時間当たりの温度変化)は 温度振動：dθ/dt∝K/C Test pot 熱伝導(K)を良くし，さらに熱容量(C)を大きくすることによって，冷却能力を維持しつつ温度振動の逓減が可能

14 冷却能力の維持 2nd Stage Test pot 接触面にInを挟む Test potを銅で造る

15 熱容量の増加 実験方法 銅製 Test pot使用 4Heガスなどをコンデンス He Gas等 振動逓減の様子を見る Test pot

16 ヘリウムガスによる温度振動逓減 4Heガスの液化量によって振動が逓減 一定量以上の液化しても温度振動は変化しない
4 K pot：1/10以下 3He pot：1/100

17 その他，温度振動の逓減 H2は測定温度領域によっては適切か。

18 まとめ 今後の開発 温度振動の逓減 4Heのみを用いた1K以下の冷却システム ミリ波・サブミリ波・テラヘルツ波へ
冷却能力をある程度犠牲にしていい場合（~1/100） 熱的に切り離したポットにヘリウムを液化 冷却能力を維持する場合 (~1/10) 銅製の容器の中に熱容量の大きな材料を入れる 　例）ヘリウム（４Ｋ以下），水素（２０Ｋ以下），鉛（１０Ｋ以上） 今後の開発 4Heのみを用いた1K以下の冷却システム 3Heの価格が高騰（1年で20倍以上） ミリ波・サブミリ波・テラヘルツ波へ 物性測定システムの開発（ヘリウム液化機からの開放）