落ち着かない磁場 放医研 熊田雅之 高性能定電流電磁石といえども、磁場は一定ではない。 有限の温度化ではスピンはincoherent だからである。 落ち着かない磁場 スピン波／マグノン フォノン：結晶中ではイオンが整列して格子を形成 しているが、温度を上げるとイオンの位置が振動し始める。 これを格子振動とよぶ。結晶全体に伝播する格子振動を 粒子としてあつかったものをフォノンという。 マグノン：強磁性磁石はスピンと呼ばれる 小さな棒磁石状のものが平行に整列したもので、 温度を上げていくと平行だった隣り合うスピン の間にわずかな方向のずれが生じ、それが結晶全体 に波状に伝播する。それをスピン波とよぶ。 マグノンとはスピン波を粒子としてあつかったもの。 落ち着かない磁場 1) Bloch Equation for magnetization of iron: M(T)=M0 (1-3.4 10-6 K-1.5 T1.5) M0 magnetization a zero temperature dB/B/dT= -90 ppm/K 2) Volume effect: spin density M0 (T)= M0 (T0)(1- 3.6 10-5(T-T0)) dB/B/dT=-36 ppm/K 落ち着かない磁場 3) Physical change of Gap length and Magnet length: for gap,linear expansion temp.coefficient= -12 ppm /K for axial length= +12ppm/K 4) Eddy current effect: Depends on Block or Lamination or ramp rate… 落ち着かない磁場 許容安定度 偏向電磁石とスリットの距離 L＝4m コリメータースリット 50ミクロンの許容 このときの電流許容誤差は 20 ppm Danfysik電源は3ppm／度なので温度環境が 1度以内ならば7ミクロン程度 にはおちつくはず 落ち着かない磁場 実験値 particle counts2 particle counts1 distribution 7000 6000 particle counts2 5000 4000 3000 2000 1000 0 -50 0 50 100 150 200 delta I (ppm) 落ち着かない磁場 250 300 350 電源の安定度（実測） current(A) spice1 36.81265 y = 36.812 + 6.5329e-07x R= 0.81566 current(A) 36.8126 36.81255 36.8125 36.81245 -50 0 50 100 150 t(minutes) 落ち着かない磁場 200 250 300 しかし、 B(Tesla) countJuly25 spice1 1.49592 6500 6000 1.4959 5500 5000 1.49586 4500 1.49584 4000 1.49582 1.4958 -50 3500 0 50 100 150 t(minutes) 落ち着かない磁場 200 250 3000 300 countJuly25 B(Tesla) 1.49588 カウント数と磁場相関あり countJuly25 y = 4.54e+07 - 3.0348e+07x R= 0.90203 spice1 6500 6000 countJuly25 5500 5000 4500 4000 3500 3000 1.4958 1.49582 1.49584 1.49586 1.49588 1.4959 1.49592 B(Tesla) 落ち着かない磁場 磁場が動いている normCurrent(t) NormB(t) spice1 1.00006 1.00005 normCurrent(t) 1.00004 1.00003 1.00002 1.00001 1 0.99999 0 50 100 t(minutes) 落ち着かない磁場 150 200 １回目の実験 NormCounttJune15 NormCounttJuly25 spiceCountData 1.1 1 NormCounttJune15 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0 2000 4000 6000 8000 t1(sec) 落ち着かない磁場 10000 12000 ２回目の実験 ë™íËäJénÅ@2006îN7åé28ìÝÅ@14:50:00 70000 ó±éqêîÅicpsÅj 60000 ó±éqêîÅicpsÅj 50000 40000 30000 20000 10000 0 0 5000 10000 åoâ½éûä‘ÅisecÅj 落ち着かない磁場 15000 2回目 磁場 delta B particle count spiceJuly28 4250 4000 3500 4200 4150 2500 2000 4100 1500 4050 1000 4000 -50 0 50 100 150 delta time 落ち着かない磁場 200 250 500 300 particle count delta B(microGauss) 3000 拡大 delta B particle count 4245 4000 4240 3500 4235 3000 4230 2500 4225 2000 4220 1500 4215 1000 4210 500 4205 120 140 160 180 200 220 delta time(minutes) 落ち着かない磁場 240 260 0 280 particle count delta B(microGauss) spiceJuly28 結論 • 鉄等をつかった磁石の磁場は原理的に温度依存性があり電流の安 定度より遥かに悪い。 • 100ppm近傍以下を考える場合磁場は不安定なものであるという 認識とその対策が必要。高エネルギー加速器コミニュテイではいま まではこの認識がなかった。 • 磁場安定化のためにはこの温度変動対策が必要である。（熱絶縁は 有効） • 他の要因（ヒステリシス効果やうず電流効果）も無視できない。これ は磁石の設計（積層かブロックか）や運転法案（標準化運転とう）が 影響する 落ち着かない磁場 謝辞 • 高崎原研の宮脇信正氏には貴重な資料 の提供をいただいて感謝します。 落ち着かない磁場
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