Development of an ambient magnetic field compensation system in an accelerator facility for the neutron electric dipole moment measurement

中子电偶极矩测量加速器环境磁场补偿系统的开发

基本信息

批准号：
20K14487
负责人：
樋口嵩
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、TRIUMF研究所における中性子電気双極子モーメント(Electric Dipole Moment, EDM)探索実験のための環境磁場補償システムの開発を行う。目標とする精度での測定にはサイクル毎10fT程度の極めて高い磁場安定性を要する。4層の磁気シールドルーム(Magnetically Shielded Room, MSR)と原子共存磁力計を用いることでこの要請を達成できる見通しであるが、実験装置が設置されるTRIUMFの加速器施設内には、主にサイクロトロンの漏れ磁場による、最大約350 uTの強い背景静磁場が存在し、MSRに用いられる高磁化率材ミューメタルを飽和させてしまう恐れがある。そこで、本研究では、MSRの性能を保つため、磁気シールドを取り囲むコイルによって加速器施設内の環境磁場を打ち消す環境磁場補償システムを開発する。これまでに、装置が置かれるTRIUMF研究所の実験エリアにおいて3次元磁場マップを取得し、それを組み込んだ有限要素法による磁場シミュレーションによって、およそ1000アンペア・ターンのコイル起磁力が必要であることを明らかにした。2022年10月から、MSR の建設が始まった。本研究で開発する環境磁場補償システムの性能評価のためには、MSRの遮蔽性能にサイクロトロンの漏れ磁場が与える影響を評価することが第一歩となる。遮蔽係数測定の参照測定として、2022年10月に、MSR建設開始前に変動磁場発生用コイルによって発生される磁場の測定を行った。また、2022年10月から2023年1月には、MSRの消磁手法を確立するため、実際のMSRよりも小型の75cm立方の2層磁気シールドを使ってミューメタルの消磁試験を行った。それにより、厚さ2mmのミューメタルを消磁するには約3Hz未満の遅い変動磁場を使用する必要があることが明らかになった。

在这项研究中，我们将在 TRIUMF 研究所开发用于中子电偶极矩 (EDM) 搜索实验的环境磁场补偿系统。具有所需精度的测量需要每周期约 10 fT 的极高磁场稳定性。预计这一要求将通过使用四层磁屏蔽室（MSR）和原子共存磁力计来实现，但将安装实验设备的TRIUMF加速器设施主要有一个回旋加速器。由于漏磁场，背景静磁场高达约 350 uT，这可能会使 MSR 中使用的高磁化率材料高导磁合金饱和。因此，在本研究中，为了保持MSR的性能，我们将开发一种环境磁场补偿系统，该系统利用磁屏蔽周围的线圈来消除加速器设施内部的环境磁场。到目前为止，我们已经获得了该设备所在TRIUMF实验室实验区域的三维磁场图，并通过结合该图的有限元方法进行磁场模拟，我们确定了一个线圈需要大约 1000 安匝的磁动势。 MSR于2022年10月开工建设。为了评估本研究开发的环境磁场补偿系统的性能，第一步是评估回旋加速器漏磁场对MSR屏蔽性能的影响。作为屏蔽系数测量的参考测量，在MSR施工开始前的2022年10月测量了可变磁场产生线圈产生的磁场。此外，2022年10月至2023年1月，我们使用比实际MSR更小的75cm立方双层磁屏蔽进行高导磁合金退磁试验，以建立MSR退磁方法。他们发现，必须使用小于约 3 Hz 的缓慢变化的磁场来对 2 毫米厚的高导磁合金进行消磁。