[发明专利]蓄冷材料、冷冻机、超导线圈内置装置以及蓄冷材料的制造方法

说明书

本发明提供在极低温区域中比热大且磁化小、而且制造性良好的蓄冷材料及其制造方法。并且提供填充该蓄冷材料、效率高且冷却性能优异的冷冻机。进而提供能够降低来自蓄冷材料的磁噪声的影响的超导线圈内置装置。实施方式的蓄冷材料为包含ThCr₂Si₂型结构(11)占到80体积％以上的金属间化合物的粒体，微晶尺寸为70nm以下。

技术领域

本发明涉及在极低温使用的蓄冷材料以及应用了该蓄冷材料的技术。

背景技术

磁共振成像装置(Magnetic Resonance Imaging system：MRI)或重粒子束加速器等中所利用的超导电磁铁在数十K以下的极低温环境下工作。通常，该极低温环境通过以吉福德-麦克马洪循环(Gifford-McMahon：GM)冷冻机为代表的蓄冷式的冷冻机来实现。

冷冻机中，在每个使用温度区域利用了比热大的数种蓄冷材料。在现在被广泛使用的GM冷冻机中，在第一级蓄冷器中使用Cu网作为蓄冷材料，在第二级蓄冷器的高温侧使用Pb、Bi合金的球状颗粒作为蓄冷材料，在第二级蓄冷器的低温侧使用Gd₂O₂S(GOS)、HoCu₂、Er₃Ni等稀土金属系化合物的颗粒作为蓄冷材料。这样的蓄冷材料中GOS在5K附近的温度区域具有高的比热特性。

然而，为了合成GOS等的氧化物蓄冷材料，需要原料物质的合成、造粒、高温下的烧结、通过研磨的正球体加工等多阶段的工艺。

另外，实现极低温的很多冷冻机用于冷却超导线圈。因此，在蓄冷材料的磁化大时，蓄冷材料由于超导线圈产生的磁场而受到很大的力，也存在填有蓄冷材料的轴破裂等冷冻机的可靠性降低的情况。进而，如上所述，超导线圈在MRI等中使用，但蓄冷材料的磁化大时，有时由于来自蓄冷材的磁噪声等在图像中会出现噪声。因此，要求蓄冷材料的磁化小。

另外，在GM冷冻机、脉冲管冷冻机、斯特林冷冻机等冷冻机中，高压工作气体在填充于蓄冷器内的蓄冷材料的间隙中往复流动。此外，在GM冷冻机或斯特林冷冻机中，填充有蓄冷材料的蓄冷器进行振动运动。因此，对蓄冷材料要求机械强度。

对于需要原料物质的合成、造粒、高温下的烧结、通过研磨的正球体加工等的多阶段的制造工艺的氧化物而言，从能够通过熔融、凝固的单纯工艺制造的金属间化合物，从蓄冷材料的制造的观点来看，为优选。作为金属间化合物的蓄冷材料候补，已知RCu₂X₂(R＝Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm，X＝Si、Ge)在极低温具有大的比热。

然而，RCu₂X₂系的金属间化合物通过例如将原料利用电弧熔化法熔融后，将所得到的铸块在真空中实施高温且长时间的均匀热处理(例如800度、1周等)来制作。这样如果在熔融凝固后需要高温长时间的热处理工艺，在应用于工业大量生产的情况下会导致成本上升。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平09-014774号公报

专利文献2：日本特开平06-101915号公报

非专利文献

非专利文献1：L.Gonedek,et.al.,Acta Phys Pol A 122,391(2012)。

非专利文献2：Y.Takeda,et.al.,J.Phys.Soc.Jpn.77,104710(2008)。

发明内容

发明所要解决的问题