環境磁場計測

4.4 ^{環境磁場計測} 55

PC DMM

Magnetic shield 30cm

USBRH

Thermometer & Hygrometer Fluxgate

magnetometer Z

Y X

図4.4 環境磁場測定装置の概略図。非磁性の除振台上に設置された磁器シールド内 部中心及び外部中心軸上に設置したFluxgate磁力計をデジタルマルチメータで読み、

PCに取り込む。さらに磁気シールドの外部に設置した温度·湿度計で温度と湿度のを 計測し、PCに取り込む。系はポリエチレンシートで覆われ、空調の風等による温度変 化の影響を受けにくくしてある。

磁力計

環境磁場計測にはFluxgate^磁力計、Bartington Instruments Ltd.^製Mag03-MSL-100

とMag03-MSL-70 の二つの磁力計を用いた。1 Hzでのノイズレベルはそれぞれ 5.0

pT/√

Hz^、5.1 pT/√

Hz^である。Mag03-MSL-70を磁気シールド内部中心に、

Mag03-MSL-100を磁気シールド上端より30 cm程度上の磁気シールド中央にそれぞれ非磁性の

治具で固定し、シールド内部および外部の磁場を計測した。磁力計の出力電圧はデジタル マルチメータ(Keithley Instruments inc., Model 2000 6-1/2-Digit Multimeter)^で計測 される。100µT^あたり、Mag03-MSL-100^は10.0 V^が、14.3 Vがそれぞれ出力される。

温度湿度計

測定領域の温度計測には USB ^温度 · ^{湿度計モジュール} (Strawberry Linux ^社製, USBRH,^分解能: 0.01 ^◦C, ^精度 ±0.4^◦C)^{を用いた。}

磁気シールド

今回用いた磁気シールドは図4.5^{に示すように}4層からなる円筒型であり、軸方向の開 口部の直径が両端で異なる。図4.5^{で示される}+Z^{方向を上流、}−Z^{方向を下流と定義す} ると上流端と下流端には直径が異なる円型の穴が開いている。また、最内層を1^層、最外 層を4^{層と呼ぶ。寸法を表}4.2^に示す。

一様な磁場中の単層磁気シールドの円筒方向の磁気遮断率STは円筒方向のシールド内

部の磁場BTinsideとシールド外部の磁場BToutsideの比であり、シールド材の比透磁率

µ^、厚さd^、半径R^を用いて

ST = BTinside

BToutside

= µd

2R (4.1)

表4.2 磁気シールドの寸法

層 1 2 3 4 長さ [mm] 900 950 1000 1050 円筒直径[mm] 300 350 400 450 上流端内径[mm] 70 100 130 160 下流端内径[mm] 260 310 360 410 厚さ[mm] 1.0 1.0 1.0 1.5

と表され、単層の磁気シールドの磁気遮断率の実験値とおおよそ一致する。

n層の磁気シールドの場合、シールドの存在が独立なシールド磁気遮断率の単純な積に はならず、

ST =S_Tⁿ

n∏−1 i=1

S_Tⁱ [

1− ( Ri

Ri+1

)2]

(4.2) のように層間の空間の体積に対応する要素が含まれる [43]。今回使用した磁気シールド はPC^{パーマロイ}(鉄、ニッケル、モリブデン、銅の合金で高い比透磁率を持つ)^製であ り、初期比透磁率が約45000^{、最大比透磁率が約}160,000である。円筒方向の磁気遮断率 をµ= 60,000^{とした場合に式}(4.2)^{を用いて計算すると、}∼1.5×10^{7となり、表}4.3^で 示される今回使用した磁気シールドの性能検査試験の結果とは一致しない。今回使用した 磁気シールドの性能検査試験の結果を表4.3に示す。シールド内外で磁場の符号が反転し ているのは、シールド内部の残留磁場の影響であると考えられる。

図4.5 今回の測定の際に使用した磁気シールドの写真。内部には磁力計及び3軸ヘル ムホルツコイルが入っている(今回の実験の際は、ヘルムホルツコイルは使用してい ない)。

4.4 ^{環境磁場計測} 57

表4.3 磁気シールドの性能

磁場の大きさ BX BY BZ

シールド外[µT] -16.11 30.99 23.23 シールド内[nT] 7.4 -2.8 22.8

磁気遮断率 -2177 -11067 1018

4.4.2 ^計測結果

2012^年1^月10^日から2012^年1^月18日にかけて磁気シールド内部垂直方向磁場、磁 気シールド外部垂直方向、磁気シールド周辺の温度変化測定した結果を図4.6^{に示す。図} 4.6中の点線で囲まれた領域が、我々がCYRIC^{の第５ターゲット室}(TR5)^およびTOF 室においてFr^の生成·輸送実験を行った期間に相当する。図4.6^{最上段の磁気シールド} 外の磁場変動にスパイクが4本立っているのがみられるが、930AVF^{サイクロトロンのメ} インコイルの電流を変化させた時刻と一致している。また、我々のFr-^生成·^{輸送実験の} 際はサイクロトロンのメインコイルに∼ 540 A^{の電流を流し、18}O^{5+を加速する。この} 影響により、シールド外の垂直方向の磁場は約0.2 µT大きくなっていることがわかる。

この結果より以下のことがわかった。

ˆ サイクロトロンからの漏れ磁場の影響が見られ、Fr生成・輸送実験の際に測定位 置の垂直方向磁場は約 0.2µT^上昇する

ˆ Fr生成・輸送実験の際とサイクロトロンが停止中の磁気シールド内部の磁場変動 幅は同程度である

ˆ 磁気シールド内部の磁場と温度には相関がみられる。

BY inside of the shield BY outside of the shield

Magnetic field[nT]Magnetic field[μT]Temperature[℃]

Time [day]

Fr-machine time

1/10 1/11 1/12 1/13 1/14 1/15 1/16 1/17 1/18 1/19

図4.6 上段が磁気シールド外部の垂直方向磁場、中段が磁気シールド内部の垂直方向 磁場、下段が温度を表し、横軸は日付を表す。また、点線で囲まれた領域はTR5から TOF室へのFrの生成·^{輸送実験が行われた。}

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第 5 ^章

EDM 測定系の探索感度の評価と 議論

この章ではいくつかの仮定を基に、我々の現状のセットアップでのEDM^{測定精度・}

系統誤差について見積もり、これらの改善について議論を行う。

現在、我々は¹⁸O + ¹⁹⁷Au → ²¹⁰Fr + 5n の核融合反応を用いて毎秒0.7 × 10^6個 の²¹⁰Frを引き出すことに成功している。²¹⁰Fr^{の半減期は約}3.2^{分と我々が想定してい} る周波数測定時間10秒と比較して十分に長い。本章では、この²¹⁰Fr^をEDM^探索対象 とした場合の議論を行う。