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重力波検出ワークショップ
2012.07.7
自然科学研究支援センター
極低温量子科学施設（旧称：低温液化室）
と
磁気低温物理学研究グループの研究紹介
理学部物理教室 桑井 智彦
I. 極低温量子科学施設の目的等
富山大学の教育研究の高度化を図るため，液体窒素および液体ヘリウムを学内へ供給
液化ガスなどの高圧ガスに対する危害予防を図るために全学的な保安教育を行う。
総合研究棟南側に隣接
1 階平屋建て
2011年3月に完成
床面積 120 m2
ヘリウム液化室
コンプレッサー室
実験エリア
外部にガスカードル室
屋外に液体窒素汲み出し施設
II. 極低温量子科学施設の沿革
1950年代（昭和30年代） 日産化学や昭和電工の好意で液体窒素を使用
1969年（昭和44年） 液体窒素製造装置室設置
窒素液化製造装置設置（フィリップスPLN-430型（25L LN2/h)）
1974年（昭和49年） ヘリウム液化装置室（2階、延べ面積116ｍ2）建屋増築
1975年（昭和50年） ヘリウム液化装置設置（CTi1204 型（液化能力 5L/h）)
1976年（昭和51年） 液体窒素室とヘリウム液化装置室を統合し，低温液化室を設置
1980年（昭和55年） 液体窒素製造装置製造停止，液体窒素外部業者から供給に変更
1988年（昭和63年） ヘリウム液化装置更新（KOCH1410型1（液化能力 26L/h不純ガス））
1995年（平成 7年） 15テスラ強磁場付き希釈冷凍機導入（Oxford社製）
2002年（平成14年） 5000 L 液体窒素貯槽設置
総合研究棟との間にヘリウムガス回収配管設置
2003年（平成15年） 極低温量子科学研究センターに名称変更
2010年（平成22年） 自然科学研究支援センター極低温量子科学施設に名称変更
2010年（平成22年） 総合研究棟となりに新建屋竣工
2011年（平成23年）3月 ヘリウム液化装置更新(Linde L70型(液化能力 33L/h 不純ガ
ス））
III. 国内のヘリウム液化機設置機関
○北海道大 岩手大 東北大
○東京大 筑波大 東工大 学習院大 明治大 慶応大 電通大 千
葉大
物材研 産総研 理研
○新潟大 富山大 金沢大 北陸先端大 福井大
○名古屋大 名古屋工大 分子研 核融合研 立命館大
○4京都大 大阪大 大阪工大 大阪府立大 神戸大 兵庫県大
○岡山大 岡山理科大 広島大
○九州大 熊本大
○琉球大
３６機関
IV. 現ヘリウム液化システムの仕様
○液化機本体
LINDE社
LINDE L70
（内部精製器付き）
動圧ガスベアリング式
膨張タービン
液化能力
40 L/h @純Heガス
33 L/h @不純Heガス
※使用済みガス
は回収し再利用
○ヘリウム圧縮機
Kaeser社 CSD82
油噴射スクリュー式単段圧縮機 吐出圧力 0.95 MPaG
○ヘリウムガス回収用長尺カードル 10本 750 Nm3
○液体ヘリウム貯槽
○液体窒素貯槽
1500 L
5000 L
液体窒素自動供給システム
○産総研より移譲
○5000 L貯槽と連結
○2台のロードセル
○自動計量により
供給
○2011年度供給量
約 40 t
液体ヘリウムおよび液体窒素の供給量推移
1 104
4
3.5
○
液体窒素ユーザー
（五福キャンパス）
登録教員 209名
○
液体ヘリウムコアユーザー
8000
3
LN
液体ヘリウム(L)
2.5
6000
2
4000
1.5
1
LHe
2000
0.5
0
1996
1998
2000
2002 2004
年度
2006
2008
0
2010 2011
液体窒素（×104 kg ）
2
理学部教員 11名
工学部教員
4名
杉谷キャンパス 1名
○
共同研究ユーザー
富山県立大グループ
（前沢，福原，室）
2011年4月~2012年3月の液体ヘリウム供給量と
ヘリウム液化機稼働回数
1200
20
2011年度
1000
He供給量 ( L )
800
600
10
400
5
200
0
0
4&5 6
7
8
9 10 11 12 '12/1 2
月
3
液化機稼働回数（回）
15
総供給量
5,832 L
総稼働回数
101 回
総液化量（推定）
33L×60回×7時間
13,860 L
※比較参考
阪大吹田地区供給量
は10倍程度
V. 施設の運営体制等
○施設長 石川 義和 理学部教授(2009年～）
○保安係員 水島 俊雄 理学部准教授
田山 孝
理学部准教授
※専属の教員・職員は居ない
○液化担当者 水島，田山，並木・工学部准教授，桑井・理学部教授
○五福キャンパス各部局から極低温量子科学施設委員１名
液化運転は通常時２週間に１度，連続する３日間を１日交代で
行っている。
○液体窒素は，隔週水曜日の朝に業者により補充
磁気低温物理学研究グループの研究紹介
メンバー
石川 義和
桑井 智彦
水島 俊雄
田山 孝
教授
重い電子系化合物の大型単結晶の育成と物性測定
教授
極低温領域における強相関電子系の熱・熱電特性
准教授 希土類化合物の磁気・熱特性
准教授 強相関電子系の極低温精密物性測定
清水 建次 教授
金属間化合物・合金の核磁気共鳴による磁性研究
（物理学科教員１４名中５名）
新物質を作製
↓
0.02 K～室温の
比熱，電気抵抗，磁化，熱電能，熱伝導，熱膨張，核磁気共鳴などの物理量測定
↓
電子の量子的挙動として捉える
研究の一例:強相関 f 電子系の熱電能異常
強相関 f 電子系
希土類元素化合物・・・・磁性の原因となる 4f 電子
磁性状態を安定化する 4 f 電子間RKKY 相互作用
競合・拮抗
磁性を消失させる 4f －伝導電子間のKondo効
4f 電子エントロピー⇒ 極低温で伝導電子の有効質量増強
(自由度)
（100 m e ～10000 m e )
最近のトピックス：非フェルミ液体・多極子Ko
Experimental Results : CeCu5.9Au0.1
25
2500
CeCu Au
0.1
2000
15
1500
10
1000
5
500
2
20
C/T ( mJ/K mol )
S/T ( V/K2 )
5.9
T. Kuwai et al.
J. Phys. Soc. Jpn.80 (2011)SA-064.
○ C/T : 2 K以下で対数増大
0
0.2
1
T(K)
0
10
0.2 KでC/T > 2000 mJ/K2 mol
○ S/T : T < 2 Kで C/Tと良い相関