Development of an active magnetic field compensation system for experimental searches of physics beyond the Standard Model

开发主动磁场补偿系统，用于标准模型之外的物理实验搜索

基本信息

批准号：
19K23442
负责人：
樋口嵩
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-08-30 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）探索実験のための多次元フィードバックによる動的磁場安定化システムの開発を目指している。目標とする精度における中性子EDM測定には極めて高い磁場の安定度が要求されるが、これを加速器施設内において実現するためには、施設内の背景静磁場や変動磁場を打ち消す補償システムが必要となる。例えば、中性子EDM装置が設置される予定の施設では、サイクロトロンの漏れ磁場による 100 uT オーダーの背景静磁場が存在するうえ、施設内の他の実験の活動や輸送用の天井クレーンの動作による磁場変動が発生する。強い静磁場は外部磁場を遮蔽するための磁気シールドを飽和させる恐れがあるため、補償システムが作り出す磁場によって打ち消す必要がある。またシールドの外側での外部磁場変動はEDM測定中は100 nT 程度までに抑える必要がある。本研究では、中性子EDM実験を行う予定の施設内に存在する環境磁場に即した補償システムを設計し、そのプロトタイプを製作することを目指している。2022年度は、8－11月にTRIUMFに長期滞在し、動的磁場補償の主な対象の一つである天井クレーンについて、一辺5.5mの正方形型コイルと中心付近に配置された6個のフラックスゲート磁束計によるプロトタイプを構築し、動的磁場補償の試験を行った。その結果、PID制御のパラメーターを最適化することで、対象となる補償領域中心付近において、鉛直方向振幅約10 uTの磁場変動を6から7分の1にまで補償することに成功した。長期的にエリアにインストールするシステムについては、2023年11月にインストールする予定であり、それにむけての検討や部品調達を行っている。

这项研究旨在使用多维反馈在Triumf Institute进行中子电动偶极矩（EDM）搜索实验开发动态磁场稳定系统。具有目标准确性的中子EDM测量需要极高的磁场稳定性，但是为了在加速器设施中实现这一目标，必须在设施内取消背景静态和可变磁场的补偿系统。例如，在要安装中子EDM设备的设施中，由于回旋子泄漏磁场，将在100 UT上有一个背景静态磁场，并且由于设施内的其他实验活动以及跨海起重机的运行，将发生磁场波动。强静电磁场可以使磁性屏蔽层饱和到屏蔽外部磁场，并且必须由补偿系统产生的磁场取消。此外，在EDM测量过程中，盾牌外的外部磁场波动必须保持在约100 nt。这项研究旨在设计和制造薪酬系统的原型，该薪酬系统是针对计划进行中子EDM实验的设施中存在的环境磁场的。在2022年，我们在八月至11月之间在Triumf停留了很长一段时间，并使用平方线圈构建了一个原型，该方线圈的侧面为5.5m，位于动态磁场补偿中心附近的六个Fluxgate Fluxmeters，并测试了动态磁场补偿。结果，通过优化PID控制的参数，我们成功地补偿了垂直方向上约10 UT的磁场波动，从6到1/7在感兴趣的补偿区域附近。长期安装在该区域的系统计划于2023年11月安装，我们正在考虑和采购零件。