Transcript 落ち着かない磁場

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
3500
1.4958
3000
-50
0
50
100
150
t(minutes)
落ち着かない磁場
200
250
300
coun tJu ly25
B (T esla )
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
co u n tJu ly2 5
5500
5000
4500
4000
3500
3000
1.4958
1.49582
1.49584
1.49586
1.49588
B(Tesla)
落ち着かない磁場
1.4959
1.49592
磁場が動いている
normCurrent(t)
NormB(t)
spice1
1.00006
1.00005
n o rm C u rre n t(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
N orm C ou nttJune 15
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 ±éq êîÅ icp sÅ j
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
500
-50
0
50
100
150
delta time
落ち着かない磁場
200
250
300
particle count
delta B (m icroG auss)
3000
拡大
delta B
particle count
4245
4000
4240
3500
4235
3000
4230
2500
4225
2000
4220
1500
4215
1000
4210
500
4205
0
120
140
160
180
200
220
delta time(minutes)
落ち着かない磁場
240
260
280
particle count
delta B (m icroG auss)
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。
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