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。

在这项研究中，我们的目标是开发一种使用多维反馈的动态磁场稳定系统，用于 TRIUMF 研究所的中子电偶极矩 (EDM) 搜索实验。具有目标精度的中子 EDM 测量需要极高的磁场稳定性，但为了在加速器设施内实现这一点，需要补偿系统来消除设施内的背景静磁场和脉动磁场。例如，在计划安装中子 EDM 装置的设施中，由于回旋加速器的泄漏场，存在 100 uT 量级的背景静磁场，以及由于设施内其他实验活动引起的磁场波动。发生运输的设施和桥式起重机的操作。强静磁场会使屏蔽外部磁场的磁屏蔽饱和，因此必须通过补偿系统产生的磁场来抵消。此外，在 EDM 测量期间，屏蔽外部的外部磁场波动必须抑制在 100 nT 左右。在这项研究中，我们的目标是设计一种与计划进行中子 EDM 实验的设施中存在的环境磁场兼容的补偿系统，并制作其原型。 2022财年，我们将从8月到11月长期驻扎在TRIUMF，对于动态磁场补偿的主要对象之一的桥式起重机，我们将使用边长为5.5m的方形线圈，我们使用门磁力计构建了一个原型，并测试了动态磁场补偿。 6 个磁通量放置在中心附近。结果，通过优化PID控制参数，我们成功地以大约10uT的垂直幅度补偿了目标补偿区域中心附近的磁场波动量的6至1/7。该地区安装的长期系统计划于 2023 年 11 月安装，目前我们正在考虑并为此采购零件。