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シーズ発掘試験目次  序論     本論       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冷凍機の温度振動高知大学方式3He GM冷凍機の温度のゆらぎ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を含む化合物温度 ~10 K 超伝導反強磁性 1K 0 数万気圧圧力 • 極低温（１Ｋ以下） • 超高圧（１万気圧以上）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 ～200 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？ GM 冷凍機  長所     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短所   1K以下の物性測定が困難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冷凍機本体高知大学方式3He GM冷凍機システム 4 K pot 1 K pot 3He 日本物理学会2007年秋 pot 高知大学方式3He冷凍機の発明以降の開発           2007.3 2007.7 2008.1 2008.1.24 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」 2008.1.30 国立天文台共同開発研究書類提出小川先生，松尾さん 2008.4 採択通知（角田君の修士論文のテーマ） 2008.7.28 共同研究締結 2008.12 冷凍機入荷 2009.3 共同開発研究終了 2008.4 ~2010.3 角田君の修士論文のテーマとして冷凍機開発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 K以下(1mW@1K)（松尾さん） 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国立天文台との共同開発の影響  JSTからの支援      2008.11.7 2009.4.3 2010.1.19 2009.6 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）高知大学のインフラ整備全学金工室物理金工室昭和37年般若鉄工所 ~2009.3 2009.4~ 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 3He冷凍機の温度のゆらぎ 4th 3He-System Cooling Test (3He in) [11/04/2007] 1.488 0.485 1.486 0.484 1.484 0.483 T (K) T (K) 4th 3He-System Cooling Test (3He in) [11/04/2007] 1.482 1.480 0.482 0.481 3 1K pot 1.478 27 28 29 30 31 32 Time (h) 0.480 25.5 26.0 26.5 27.0 He pot 27.5 28.0 Time (h) Prg : gogo3He_fastest File : gogo3He_11042007.dat 温度のゆらぎは 1 mK 以下短時間では 0.2 mK 程度物質の比熱冷却能力と温度振動 2nd Stageへの熱流： 2nd Stage  Q  Q   Kθ  θ  ･･･K：熱伝導 Q 0   W  K(θ θ )  C dθ W Q 0 dt 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 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 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。まとめ  温度振動の逓減   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）