極低温環境で運用できる高速スキャンによる超伝導体の状態検査マッピングシステム

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令和4年度は実施計画のとおり、高い転移温度の超伝導素材の計測を考慮した高温(<20K程度)に感度を持つ温度センサーの探索、およびマッピングシステムの計測回路設計を進めた。本課題の要である極低温環境下で運用できるセンサー温度特性測定システムの開発はセンサー探索モジュールの設計から行なった。センサー探索モジュールの設計、製作と同時に候補となるセンサーの情報収集、購入、年度後期には大阪大学にて製作したモジュールを使用して低温環境でのセンサー温度特性測定の運用テストを行った。本課題では液体ヘリウムを充填したクライオスタットの極低温環境を利用するため、冷凍機よりも極低温環境運用の利便性は劣るが、大阪大学の既存設備を利用し、安価で実験環境を構築できている。さらに、限られた実験回数でも多種多様のセンサーを調査を可能とするため、センサー探索モジュールは一度に64個のセンサーを測定できるよう設計した。運用テストにて数種類の酸化ルテニウムチップ抵抗の温度特性を測定し、探索モジュールの温度特性計測システムとしての設計思想に大きな問題がないことを確認できた。極低温環境において液体ヘリウムとヒーターによる熱伝導を利用してセンサー環境の温度調整を行い、センサーの温度特性を計測する。そのため環境温度の安定維持が難しく、運用テストにおいて温度調整に非常に時間を要することが判明した。実験時間の短縮、測定精度の向上などの装置運用、および実験手法の確立などにおいて、急ぎ改善が必要であるが、目的とする20K温度域での温度センサーの探索システムを大枠だが構築することができた。この成果により温度センサーの選定、試作マッピングシステムの製作に計画を進めることができる。