本文 総合研究大学院大学学術情報リポジトリ 甲1127 本文

強磁場大型装置環境 磁気遮蔽 関 研究

大 森 俊

博 士 学

総 研究大学院大学

物理 学研究

融 学専攻

成 度

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第第

第第 章章章章 序論序論序論序論

2222 ^{強磁場大型装置強磁場大型装置強磁場大型装置強磁場大型装置 磁気遮蔽磁気遮蔽磁気遮蔽磁気遮蔽}

2 2 ^{融 学} 22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 2 2 ^{物理 学} 222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 2222 ^{従来従来従来従来 研究研究研究研究 課題課題課題課題}

2 2 ^{磁気遮蔽 種類 磁気遮蔽 料 働} 2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 2 2 ^{磁気遮蔽 関 研究}222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 2 2: ^{研究 課題 目的}2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 : 2:

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2: ^{論文論文論文論文 構成構成構成構成}

第 第 第

第 章章章章 磁気遮蔽磁気遮蔽磁気遮蔽磁気遮蔽 料料料料 関関関関 研究研究研究研究

2 ^{研究 方針}2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 : 2 2 ^要求特性2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 : 2 2 ^料開 2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 ; 2 2: ^利用技術2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 2 ^{結晶組織 粗大化 軟磁性 向} 22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 :

2 2 ^目的22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 : 2 2 ^方法22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 : 2 2: ^{結果 考察}222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 :; 2: $# 7-" ^{金 開} 222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 := 2:2 ^目的22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 := 2:2 ^方法22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 ; 2:2: ^{結果 考察}222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 ; 2; ^{軟磁性 塑性 影響}2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 ;=

2;2 ^目的22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 ;= 2;2 ^方法22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 < 2;2: ^{結果 考察}222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 <: 2< ^{第 章} 222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 < 第

第 第

第_::::章章章章 磁気遮蔽磁気遮蔽磁気遮蔽磁気遮蔽 性能予測性能予測性能予測性能予測 設計技術設計技術設計技術設計技術 関関関関 研究研究研究研究

:2 ^{研究 方針}2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 > :2 ^影響22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 > :2 2 ^{磁気遮蔽 理論}22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 > :2 2 ^実験方法2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 >< :2 2: ^{結果 考察}222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 > :2: ^{磁気遮蔽性能 予測}22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222

:2; ^{軟磁性 磁気遮蔽性能 関} 22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 ; :2;2 ^{目的 方法}222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 ; :2;2 ^{結果 考察}222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 :2< ^{構 遮蔽性能 向} 22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 =;

:2<2 ^{目的 方法}222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 =; :2<2 ^{結果 考察}222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 =< :2> ^第:^章 222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 == 第第

第第_;;;;章章章章 融融融融 装置等装置等装置等装置等 応用応用応用応用

;2 ^{開 軟磁性 料 物理機器 適用}22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 :

;2 ^{料 定 最適設計}22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222

;2: ^第;^章 22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 第第

第第_<<<<章章章章 総括総括総括総括 謝辞

謝辞 謝辞 謝辞 研究業績 研究業績 研究業績 研究業績

第

第

第

第 ₁ 章 章 章 章取 取 取 序論 取 序論 序論 序論

1.1 ^{強磁場大型装置 強磁場大型装置 強磁場大型装置 強磁場大型装置 磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽}

1.1.1 ^{融 融 融 融 科学 科学 科学 科学}

化石燃料 枯 排出 抑制 う 機 抜 的 恒久的 回避

手段 一 制御 融 研究 精力的 進 い _{? #:@} 融 応 生

原子 士 ン斥力 ン 超え 近接

い 狙い 融 応 温度換算 億度 超え 運

動 必要 実用炉 外部 熱供給 融 応 持

自己点火条件 成 う 超高温環境 い

化 燃料原子 高密度化 状態 持 い

融 装置 燃料原子 高温 状態 熱 高密度状態 長時間閉 込

# ^{融 応 う 応生成原子 質 損差 相当 莫大}

出 装置 あ 体 観 恒 粒子 自

力 高密度状態 閉 込 融 応 定的 持

地 実現 力 代わ 閉 込 方法 講 い

手段 磁気閉 込 方式 望 現 多 融 実験装置 採

用 い 磁気閉 込 方式 高 状態 あ 燃料原子 ン 電子 電

状態 あ 着目 荷電粒子 性質 用い 磁場 相

互作用 束縛 方法 あ 主 _# 示 方

式 方式 挙

融 装置 用い _#: 示 融 応 中 応断面積 大 い

A _α:2< 9 B A ; 9 B ^{応 生 炉心 条件}

4 B ^{状態 あ 体積 均密度} C ^{#: 高密度状態}

間閉 込 い 高温高密度状態 実現 生成

高 _α粒子 熱連鎖的 融 応 持 能 磁場閉 込

方式 融 装置 う 条件 成 数 越え 高磁場 必要

?;0<@ #; #< ^{大学共 利用機関法人 自然 学研究機構 融 学研} 究所_{6) 0} 岐阜県土岐 設置 い 型磁場閉 込 方式 融 実験装置 あ 大型 装置_{" ( 0 "(} 示 _"( 大型超伝 電磁石

: ^{磁場 閉 込 用い い} ?>@ ^米国

大学 開 超高磁場 呼 -"%- &#% ^{型 最大} 磁場 生 _{? 0=@}

原子 質 数 陽子数＋中性子数 0

U H

Fe He

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融

裂 放出

放出

質足質損

原子 質 数 陽子数＋中性子数 0

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Fe He

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融

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質足質損

1-1 ^{燃料原子 応生成原子 質 差 生成 概念}

応 質 損 大 い わち 原子 結 最 高い鉄 向 進

イ コイ

コイ

イ コイ イ コイ

コイ

イ コイ

(a) ^方式 (b) ^方式

1-2 ^{磁場閉 込 方式を用い 融 装置 方式}

方式 電流 外部コイ 組 わせ 閉 込 必要 回転変換 生成

方式 外部 コイ 回転変換を作 出 電流 要 定性

優 連続運転 適 い 考え い

:

1-3 ^{融 応断面積 応温 関係}

(1) D+T ⁴He(3.52 MeV)+n(14.06 MeV), (2) D+D T(1.01 MeV)+p(3.03 MeV), ^{び 3}He(0.82 MeV)+ n(2.45 MeV), (3) D+³He ⁴He(3.67 MeV)+p(14.67 MeV) ^{応 制御 融 候補 い 中}

(1) ^{応 最 融 応を起 や い}

融 装置 熱 設備 状態 観測 装置

関連 機器 運転 多 近傍 設置

い 必然的 強磁場環境 晒 え 中性粒子入射 熱

. / 0 68) ^装置 4 BD ^{超え 水}

素原子 入射 熱 用い _{? @} ン源 引

出 水素 ン 電界 所望 高 状態 荷電粒子

閉 込 磁場 束縛 到 い ₆₈₎ 装置 中性化

用い 運動 得 水素 ン 荷電交換 中性化 融 装置 体

入射 ₆₈₎ 散 避 融 装置 体 近 設置

い 閉 込 磁場 融 装置 体 部 留

周 広 漏洩 漏洩磁場 ン源 作用 ン源 均

一 引 出 電極 中性化 作用 散特性 悪化

招 最悪 場 装置 損傷 え ₆₈₎ 装置 ン源 中性化

通過 間 概 _C ^#; 以 環境 遮蔽 い

;

1-4 ^{融 科学研究 大型 装置} (LHD)

1-5 LHD ^{設置 い 中性粒子入射加熱} (NBI) ^装置

<

融 応 ン 計測機器類 装置 体 近傍 設置

い 多い ₆₈₎ 熱 波 熱 高周波 熱

組 わ 高温 状態 実現 過程 輻射 観測

わ 要 あ 原子力研究開 機構 那珂 融 研究所_E-$-0 茨城県那珂 建設 型 融 実験装置_{E #> ,} 用い い 赤外線_%% 用い

#> ^{示 う 炉 体 近傍 想定 γ線 中性子線 え} 2: ^{強磁場 遮蔽 必要} ? 0 @ ^例 F^{線計測 中性子計測}

用い 電子増倍管_{! ! . 0 '9} 部 運動 非常

い 電子 扱う 要求 感度 機種 _<C ^#< わ 地磁気

以 磁気遮蔽 必要 場 あ

1-6 ^{赤外線 計測 例} [10]

輻射を金箔 投影 温 変化を赤外 捉え 示 う 赤外 融 実

験炉 近傍 配置 中性子 _γ線 び 磁場 誤動作を防 ン 鉛

び鉄を用い 遮蔽 施

> ^{燃 焼 実 験 目 的 国 力 熱 融 実 験 炉} 3! 0 ) $& ^{計画 設置場所 ン}

意 得 業 共 実施

国 融 機構 設立 関 定 _.

) $& 5 / !

) $& ! / ^効 # ) $&^{装置 構} #=

融 設備 実現 性能 進展 _{) $&} 目標 閉 込 性能

示 示 い う _{) $&} 成

大 超え 領域 実現 大規模 あ 装置 大型化

>

う閉 込 磁場空間 大幅 大 中心部 _<2: コ

中心 ₂₌ 超高磁場 運転 計画 い _{? @} 増強

熱装置群 精緻 計測機器類 い 融 研究 い設備 機器類

常動作 確保 強磁場大型装置環境 磁気遮蔽 要

1-7 ^{国際熱 融 実験炉} (ITER) ^構 [12]

1-8 ^{磁気閉 込 方式 融 積到 値 推移} ITER ^目標値

1.1.2 ^{他 他 他 他 物理科学 物理科学 物理科学 物理科学}

器 学 強磁場大型装置環境 磁気遮蔽 必要 場面 多

い 高電界 能 超伝 高周波 空洞 超伝 状態 転移

磁束 減 い 槽 ^#> 目

標 磁場環境 求 極 温用 用い 磁気遮蔽 施 _{? :@}

磁気遮蔽 地磁気程度 弱磁場 遮蔽 想定 あ 強磁

場環境 設置 場 外部磁場 地磁気程度 減 磁気遮蔽 途

追 い

G H ^{ン 観測 目的 欧 素粒子原子 研究機構}% $ !I !

& 6 I 0 %$&6 ^{陽子 陽子コ}

_{( )}

衝突型 器 素粒子 応 全立体角 観測 能 _;π型検出器 原型

あ _=; 物理学賞 方式 国 初 衝突型 器

大学共 利用機関法人 高 器研究機構_J$J0 茨城県 建設

=

電子 陽電子衝突型 器 _{&) -6} 設置 '-H -9* B$6, ^各検

出器 採用 _{&) -6 8} 改 う₈ 検出器

引 い _{? ;# >@} い 応生成粒子 識 運動 測定 超伝

電磁石 用い 中心磁場 _{'-H 2 -9* :2}

B$6, 2 < ^{現 稼動 い} 8 2< ^設定 ? @

種 検出器 飛跡検出器 呼 測定器 蔵

測定器 高感度 時間 解能 求 _'9 磁場 影響

機器 検出器 部 超伝 近傍 設置 場 多い

わ 器 学 い 融 学 様 限 空間 強

磁場 地磁気 以 抑え いう 非常 厳 い磁気遮蔽 必要

1-9 KEK B ^{設置 い} Belle ^{検出器 鳥瞰} [17]

磁気遮蔽 前 融 学 器 学 い いわゆ

ン 称 限 い 物理 学 研究 留 産業界 大型機

器 強磁場環境 多 認 う 機器 高感度 ン 類

微弱信 扱う 細 電子回路 付 場 多い

以 中 磁気遮蔽 必要 体例 例示 磁気共鳴

0 69& ^{応用機器 磁気遮蔽 求 い 周知 あ} 療 応 用 急 及 磁 気 共 鳴 断 像 影 診 断 装 置

0 9&) ^{設置環境 病院 あ 影響}

防 磁気遮蔽 必要 _{? =0 @} 超伝 応用機器 磁気浮 式

鉄 超電 貯蔵装置 _!

0 9$ ^{強磁場環境 磁気遮蔽 必要} ? 0 @

強磁場環境 置 来 機能 失う 惧 ン

え 半 体素子 あ 効果 等 現象 考え 電子回路

い 静的 あ え強磁場 あ 誘 電流 懸念 い

回路 磁性体 用い え ン ン 利用

い 用い い 磁性体 静磁場 方向 磁化 来 動特性

損 わ 誤動作 招 能性 あ 真空技術 述 融 学 器 学

広 産業界 多用 子 ン 電 真空計 質 析

計 磁気遮蔽 必要 知 い _{? @} 挙 例 強磁場環

境 常 動作 惧 装置 機器 多い_{? :@} う 磁気遮蔽 物理 学

実験 産業 い 機器 常動作 確保 必要 要素技術

置付

1.2 ^{従来 従来 従来 従来 研究 研究 研究 研究 課題 課題 課題 課題}

1.2.1 ^{磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽 種類 種類 種類 種類 磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽 料 料 料 料 働 働 働 働}

論文 静磁場 磁気遮蔽 い 論 _# 研究 象

磁 気 遮 蔽 置 付 示 _{? ;# @ #} 示 う 磁 気 遮 蔽 手 段 能 動 型

- ^動型' ^{大 前者 途準備 磁場 生源 磁場 用}

い 遮蔽 必要 空間 漏洩 磁場 打 消 磁気遮蔽 行う _9&)

高級 応用 い 者 料 磁性 用い 方法

あ 遮蔽 領域 超伝 状態 あ 物質 う 完全 磁性 磁束 侵

入 遮断 方法 強磁性 料 磁気回路 設 磁束 通 結果的

遮蔽 必要 空間 磁場 減 方法 類 _! 磁場変化 観

測 い 超 伝 磁 束 子 計 _!

0 K,) ^{極 い遮蔽磁場 必要 場 臨界温度 高い酸化物系}

料 適用 含 完全 磁性 利用 磁気遮蔽 用い

磁気回路 磁気遮蔽 磁気抵抗 い 磁束 通 い 磁

率 高い軟磁性 料 用い 磁気遮蔽 遮蔽 い磁場 静的

あ い 強度 方向 時間変化 う動的 設計

思想 異 理 動的磁場中 強磁性体 置 場 料 電性

渦電流 生 強磁性 料 用い 方法 料 構 変更 必要

生 動的磁場 磁気遮蔽 金属磁性体 用い 場 渦電流

抑え 体積抵抗率 高 表面 絶縁 薄 磁性 料 積 構

状 粒子 樹脂 非金属中 散 料 用い ₄₍₅ 超え 交流磁場

酸化物磁性体 いわゆ 用い 高周波

電磁波 扱い 高 電性 射損失 活用 遮蔽 用い

場 あ 料 磁性 活用 遮蔽 一般的 い_{?: @}

静的 磁場 磁気遮蔽 論文 磁気遮蔽 呼ぶ 必要性 前節 述

あ _# 磁気遮蔽 型的 例 軸方向 垂直 方向

磁場中 置 無限長 筒形状 軟磁性 料 磁力線 示 わ う

軟磁性 料 用い 磁気遮蔽 電磁波 活用 う 射損失 放

射線 う 自 以 吸 空間 流 磁束

磁気回路 働 遮蔽 料 磁束 容易 通

高 磁率 多 磁束 通 高磁束密度 求

Magnetic shielding

Passive Active

Ferromagnetism Diamagnetism

Static Dynamic

Superconductivity

Magnetic shielding

Passive Active

Ferromagnetism Diamagnetism

Static Dynamic

Superconductivity

1-10 ^{磁気遮蔽技術 種類}

D

d

D

d

1-11 ^{無限 筒 磁気遮蔽 磁力線 布}

均一磁場中 垂直 置 無限 筒 断面 磁力線 布 例を示 い _D 筒 外 を _d 肉厚を表

1.2.2 ^{磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽 関 関 関 関 研究 研究 研究 研究}

磁気遮蔽 関 研究 歴 長 理論的 扱い 関 検討 世紀終わ

& 4 G ^報告 ? @ ^{磁気遮蔽性能 遮蔽空間 磁場}

H

存 場 磁場

H

示 筒遮蔽 _G

(

(

% ₂

= ≅ µ -

え い _{?: @ µ} 遮蔽 用い 軟磁性 料 磁率 筒 直

厚 表 式 現 い 磁気遮蔽 設計 実験結果 比較

多 引用 い _{? ;# 0 0: @}

当時 磁気遮蔽 弱磁場 象 い あ 遮蔽 料 磁化特性

扱い 困 あ

_µ

調査 式 _# 用い

_µ

料 経験 慣例 基 値 用い わ _{? 0 0 ;# 0: @}

磁性 料 磁化特性 質的 非線形 あ 呈 _?::@ 特 強磁

場環境 磁化 和 影響 意識 磁気遮蔽 設計 求 著者

簡便的 性能予測方法 領域 仮想 割 領域 異 磁率

え 磁化 非線形性 考慮 仮想 割遮蔽計算法 案 _{? @}

近 限要素法 _{0 $9} 数値計算 磁場解析 応用

磁化 非線形挙動 扱い 容易 磁場解析 電磁石 設計 成 磁気遮蔽 応用 う _{? 0 # 0:;0:<@} 和領域 近

磁化 理的 設計 追求 電磁石 動作点 磁場側 設定

漏洩磁場 減 磁気遮蔽 遮蔽性能 料 影響 顕著

現 予想 _{?: @} 磁性 料 考慮 解析手法

研究 緒 い あ 現段 電力損失 論

交流磁場 磁気遮蔽 限 _?:>#:=@ わ 静磁場 磁気遮

蔽 設計 評価 料 考慮 電磁石 解析 様 初磁化曲線 沿

磁化挙動 基 い 解析 行わ い

磁気遮蔽用 料 関 特化 研究 あ 見 汎用 軟磁性 料

研究 開 料 磁気遮蔽 応用 形 進 _{? ;# >0 0::0: 0; @}

鉄 直流磁化特性 関 研究 _{: %} 実験室規模 あ 高純

度化 う 磁率 保磁力 大幅 向 示 _{?; 0; @ 2 <} 鉄 和磁

化 _: 移金属 中 最 大 鉄 強磁場環境 磁気遮蔽

設計 好都 料 いえ 実 磁気遮蔽 入手 能 鉄系軟磁

性 料 直流磁化特性 E) % < ; ,*# ^{最良 あ 炭素 強化元素}

含 構 用鋼 え軟鋼 あ _,*# 得 化学成 熱 歴

,*#: ^{特性 得 い}?; 0;:@

地磁気 回 磁気遮蔽 実現 _,*# 優 磁化

要求 応 軟磁性 磁 磁気異方性 い 磁性 制御

磁率 向 金軟磁性 料 供 い _{?;;@ '} 呼

#6 ^{系 金} - ! >2<7 ^{鋼 ン い} #- # ^{系 金} 相当 ?::0: 0;<@ ^{軟磁性 金 鉄系 料 大 回 優 軟磁}

性 業 料 実現 い 面 金化 う 和磁化 避

い 高磁場環境 鉄系 料 使用 場 比 厚肉化 必要 あ

え _{' %} 和磁化 ₂ ～ ₂₌ あ 優 軟磁性 磁場

磁気遮蔽 効 活用 条件 鉄系 料 使用 場 比

～_:倍 厚肉化 必要 強磁場環境 地磁気 以 磁

:

気遮蔽 鉄系軟磁性 料 _#6 金系軟磁性 料 組 わ 多 構

採用 場 多い_{? 0 @}

#% ^{金 鉄 回 和磁化} 2;< ^{得 性 あ}

B ^{添 性 改善} ' ^{入手 能 あ 極}

高価 応用 高級 磁極部品 限 磁気遮蔽

用い 例 少 い

記 磁気遮蔽 応用 能 軟磁性 料 金属酸化物 焼結 酸化物

磁性体 結晶構 い 金属磁性体 亜結晶組織

磁性体 挙 主 交流磁場環境 用い 意

開 料 あ

軟磁性 料 着目 磁気遮蔽性能 向 技術 磁気遮蔽

残留磁気 都度消失 ₅ 交流磁界 実効的

磁率 向 ₄ 挙 ? <0 >0;>#; @ ^{述 う}

料 磁化 前 歴 依存 磁気遮蔽性能 影響 ゆえ 初磁化曲線

沿 磁化挙動 予測 遮蔽性能 実績値 回 場 回 場 生

5 ^{前 歴 初磁化曲線 沿 磁化挙動 基 予測値}

再現 目的 ₄ 優 遮蔽性能 実現 目的 線

形 器 ン 磁気遮蔽 適用 研究 端緒 あ _?;>@

い 技術 遮蔽用 料 熱処理 交番磁場 必要 実施 困 場

多い ₄ 地磁気 弱磁場環境 _K,) 微

弱 減 目的 研究 い 強磁場環境 適用 見 い

う あ

軟磁性 料 磁気遮蔽 応用 場 最 要視 点 影響 あ 軟磁性

応力 影響 強 良 知 い _?::@ 料物性 視点 応力

塑性 軟磁性 変化 関 検討 い 見 系統的 体系的

報告 少 い 軟磁性 変化 磁気遮蔽性能 う 影響 考

察 報 告 少 定 性 的 遮 蔽 性 能 言 及 留

? ;0 0< #<>@

1.2.3 ^{研究 研究 研究 研究 課題 課題 課題 課題 目的 目的 目的 目的}

述 う 強磁場大型装置環境 磁気遮蔽 特徴 う

;

• ^{超伝 磁石 広範 強磁場 遮蔽 い}

• ^{強磁場大型装置近傍 限 空間 遮蔽 い}

• ^{機器 常動作 保証 磁場 遮蔽 い}

• ^{設置条件 運転条件 定 前 歴 特定 い 前}

遮蔽設計 求

う 強磁場大型装置環境 磁気遮蔽 ₂ 数 強磁場

環境 限 空間 効率 地磁気 以 遮蔽 求 実

現 磁気遮蔽 料技術 特性 効果的 引 出

設計 予測技術 学的視点 融 最適化 利用技術 求

わ

)2 ^{料 磁性 磁気遮蔽性能 関}

))2 ^{軟磁性 優 高磁束密度 料 設計指針} )))2 ^{軟磁性 変化 磁気遮蔽性能 影響} )B2 ^{踏 え 磁気遮蔽 設計指針}

必要 あ

)2 ^{関 磁気遮蔽 設計 評価 遮蔽 料 扱い 確}

い い 研究課題 あ 考察 磁気遮蔽性能

直流磁化特性 影響 目的 ₎₎₂ 強磁場環境

効率的 磁気遮蔽 実現 鉄系 料 _,*# 回 直流磁化特性 得

目的 ₎₎₎₂ 関 磁気遮蔽 製 組 立 遮蔽部 ン

ン 入 得 影響 考察 磁気遮蔽性能 影響

目的 大規模 精緻 数値計算 性能予測 設計技術 効 活

)))2 ^{極 要 研究課題 あ} )))2 )2 ^{組 わ} )B2

案 通 磁気遮蔽 最適化

研究 強磁場大型装置環境 磁気遮蔽 用い 軟磁性 料 高性能化

考慮 磁気遮蔽性能 予測方法 案 軟磁性

変化 関 考察 通 磁気遮蔽性能 製 組 立 据え付 過程

入 得 僅 塑性 影響 抑制 手法 い

論 知見 融 磁気遮蔽 設計指針 い 言及

目的 え

磁気遮蔽 歴 非常 長 軟磁性 料 開 磁場解析 含 設計

技術 利用技術 関 研究 数多 わ う 課題 残

理 磁気遮蔽 実験物理学 目的 成 手段

<

置付 経緯 挙 磁気遮蔽 扱い 物理学 範疇

いえ電磁気学 料 学 側面 軟磁性 料 特性 理解

応用研究 求 解 手段 複雑 因 いえ

研究 強磁場大型装置環境 磁気遮蔽 題 電磁気学 料 学 両面

磁気遮蔽 論 利用技術 体系化 最適化 目標 い _#

述 容 課題 再掲 研究 組 目的 示

料特性 料特性 料特性

料特性 遮蔽性能遮蔽性能遮蔽性能遮蔽性能 関係

関係 関係

関係 確化確化確化確化

設計 性能予測

利用技術

定 的 定定 的的

定 的 性能予測性能予測性能予測性能予測 設計設計 設計設計技術技術技術技術

軟磁性 料 軟磁性軟磁性 料料

軟磁性 料 構構構構 敏感敏感敏感敏感 非可逆的

非可逆的 非可逆的

非可逆的非線形応答非線形応答非線形応答非線形応答 考慮

考慮 考慮

考慮 いいいい いいいい

磁気遮蔽用 料技術

透磁率 磁束密

研究目的

大型強磁場装置環境

大型強磁場装置環境

大型強磁場装置環境

大型強磁場装置環境 磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽 最適化 最適化 最適化 最適化

研究課題

電磁気学 料科学 両面 課題解

磁気遮蔽 理論

div B=0, B= H, rot H=i + (dD/dt)

磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽ををを意識を意識意識意識

料研究料研究料研究 料研究

料特性 料特性 料特性

料特性 遮蔽性能遮蔽性能遮蔽性能遮蔽性能 関係

関係 関係

関係 確化確化確化確化

設計 性能予測

利用技術

定 的 定定 的的

定 的 性能予測性能予測性能予測性能予測 設計設計 設計設計技術技術技術技術

軟磁性 料 軟磁性軟磁性 料料

軟磁性 料 構構構構 敏感敏感敏感敏感 非可逆的

非可逆的 非可逆的

非可逆的非線形応答非線形応答非線形応答非線形応答 考慮

考慮 考慮

考慮 いいいい いいいい

磁気遮蔽用 料技術

透磁率 磁束密

研究目的

大型強磁場装置環境

大型強磁場装置環境

大型強磁場装置環境

大型強磁場装置環境 磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽 最適化 最適化 最適化 最適化

研究課題

電磁気学 料科学 両面 課題解

磁気遮蔽 理論

div B=0, B= H, rot H=i + (dD/dt)

磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽ををを意識を意識意識意識

料研究料研究料研究 料研究

1-12 ^{大型装置環境 磁気遮蔽 研究課題 最適化 組}

1.3 ^{論文 論文 論文 論文 構成 構成 構成 構成}

論文 強磁場大型装置環境 必要 磁気遮蔽 関 料 学 視点

組 軟磁性 料 関 研究 電磁気学 視点 組 性能予測 設計技術

研究 学 視点 組 利用技術 最適化 関 研究 い

あ

第 章 既 述 う 強磁場大型装置環境 磁気遮蔽 い 概観

融 学 器 学 物理 学実験 例 挙 磁気遮蔽 必要性 概

>

説 磁気遮蔽 料技術 性能予測技術 現状 理 軟磁性 料

強磁場大型装置環境 磁気遮蔽 適用 研究課題 抽出 論文 入 第 章 磁気遮蔽用 料 設計技術 利用技術 い 論 強磁場大型装置環

境 限 空間 地磁気 以 磁気遮蔽 求 場 多い

遮蔽 料 和 い 高磁束密度 磁場環境 実現 必要

磁化 わ 軟磁性 求 要求 答え 軟磁性

料 業規模 得 手段 磁気遮蔽用 料 設計技術 関 研究

課題

軟磁性 構 敏感 性質 あ 特性劣化 著 い 知 い 強

磁場大型装置環境 磁気遮蔽 巨大 実験設備 応 大型化 場 多

据え付 慎 期 入 避 い 型 磁気遮蔽 所

定 熱処理 組立 余儀 入 う 能性 あ

物理 学実験 目的 放射線 損傷 特 融 _A 応 生成

高 中性子 遮蔽 料 懸念 強磁場大型装置環境

磁気遮蔽 遮蔽 料 必 理想的 状態 い 前 設計

い場 あ わ 微 遮蔽 料 軟磁性 影響

系統的 調 考察 磁気遮蔽用 料 利用技術 関 研究

課題 第 章 論 磁気遮蔽 料 関 研究 主 成果 あ

• ^{純 鉄 厚 製 熱 処 理 技 術 制 御 延 焼 鈍 法}0

% & - ! ^{適用 鉄 和磁化}

損 う 最大 磁率 倍 保磁力 約 _D 向

手法 見出 結晶組織 大 軟磁性 関 定 的

示

• - ^{温度 限} -:^{変態温度 制約 高温}-

結晶組織 粗大化 通 軟磁性 向 純鉄 限界 あ 示

• - ^添 -:^{変態制御 高温}- ^{組 わ 結晶}

組織 粗大化 軟磁性 大 向 料設計手法 見出

結果 _{# 7-} 金 最大 磁率 約_<倍 保磁力 約

D; ^{向 見出} - ^{添 磁束密度 認}

7^{程度 留 実用 問題 い}

• ^{塑性 軟磁性 変化 系統的 調 僅 磁}

率 保磁力 感 性 い 示 結晶組織 粗

大化 保磁力 増 抑制 見出 理

い 考察

第 _: 章 磁気遮蔽 性能予測 設計技術 い 論 漏洩磁場 強 遮蔽

料 磁化状態 依存 磁気遮蔽性能 遮蔽 料 影響

現状 磁気遮蔽性能 予測 評価 い 影響 考慮 い い

磁気遮蔽 性能予測 設計技術 関 研究 影響 扱

い方法 課題 軟磁性 料 磁化特性 磁気遮蔽性能

関 い 考察 磁気遮蔽 設計指針 示 遮蔽 料 望 い磁化特

性 課題 え

磁気遮蔽 実験 漏洩磁場 観測 体的 示

現象論的 解析 影響 い 論 考慮

ン手法 案 実験結果 比較 妥当性 検証

え 磁気遮蔽条件 い 影響 最 大 現 前 歴 想定

漏洩磁場 予測値 漏洩磁場 最大値 _{3 4} 定義 磁気遮

蔽性能 指標 設計 用い 案 軟磁性 変化 遮蔽性能

影響 様 ン 用い

考慮 遮蔽性能 予測 必要性 示 第 _: 章 論 磁気遮蔽 性能予測 設計技術

関 研究 主 成果 あ

• ^{遮蔽 料 理想的 状態 軟磁性 劣化 状態}

い 場 漏洩磁場 最大値 磁気遮蔽 用い 料 保磁

力 支 い

• ^{軟磁性 劣化 う漏洩磁場 増 磁気遮蔽 最適}

設計 保磁力 増 相当 程度 抑制

示

• ^{構 化 磁気遮蔽 い 外 最大限 活用}

要 役割 担 い 示 漏洩磁場

増 顕著 状況 あ 適 外 料 形状 採用

保磁力 増 相当 程度 遮蔽性能 劣化

最 化 示

• ^{漏洩磁場 最大値 減 磁気遮蔽 料 特性 保}

磁力 保磁力 増 少 い 望 い 示

第_;章 第 章 案 料 実績 示 第 章 第_:章 研究

応用 磁気遮蔽設計 最適化 い 論

第 章 案 _{# 7-} 金 既 い 物理 学実験 磁気遮蔽 採用

学術 展 献 い _{# 7-} 金 設計 考え方 磁気遮蔽用途 限

良好 直流磁化特性 得 技術 粉 金技術 応用 い 論文

器 学 融 学 適用実績 例 概説 ₆₎

=

"( ^{設置 い} 68) ^{中性化 磁気遮蔽 題 第 章 第}:^{章 得 知}

見 応用 構 磁気遮蔽 設計指針 い 論 検討 磁気

遮蔽 構 化 外 要性 体的 示 軟磁性 最大限 活

最適設計指針 案

第 _< 章 磁気遮蔽 扱い 関 補足 研究 方向性 い 案

交え 論文 総括

0 0 :0 ;0 <0 >0 0 =0 0 0 ¹¹ 0 :0 ;0 <0 >0 0 =0 0 0 0 :0 ;0

<0 >0 0 =0 0: 0 : 0 : 0 ::0 :;0 :<0 :>0 : 0 :=0 : 0 ; ; 0 ; 0 ;:0 ;;0 ;<0 ;>0

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:

第

第

第

第 ₂ 章 章 章 章取 取 取 磁気遮蔽 取 磁気遮蔽 磁気遮蔽 磁気遮蔽 料 料 料 料 関 関 関 関 研究 研究 研究 研究

2.1 ^{研究 研究 研究 研究 方針 方針 方針 方針}

2.1.1 ^{要求特性 要求特性 要求特性 要求特性}

強磁場大型装置環境 磁気遮蔽 限 空間 地磁気 以 遮蔽空

間 実現 い 強磁場環境 和 避 磁気遮蔽 型化 軽

化 遮蔽 料 磁束密度 高い 望 い わ 和磁化 大 い

特性 必要 地磁気 以 遮蔽 実現 地磁気

満 起磁力 磁化 い 優 軟磁性^LLLL 求 使用性

能 予測 設計 磁気遮蔽 製 据え付

入 影響 定 的 把握 必要 あ 特 融 装置 近傍 用い 場

中性子照射 軟磁性 劣化 能性 意識 い _# 強磁

場大型装置環境 磁気遮蔽 料 要求 研究課題

高磁束密

(^{磁束を 多 通} )

型化 軽 化

軟磁性 (^{弱磁場 磁化}) 地磁気 以 遮蔽

塑性歪 影響

(^{加工 据え付 中性子照射}) 実用性能 予測 基 い 設計

強磁場大型装置環境 磁気遮蔽用 料 要求

高磁束密

(^{磁束を 多 通} )

型化 軽 化

軟磁性 (^{弱磁場 磁化}) 地磁気 以 遮蔽

塑性歪 影響

(^{加工 据え付 中性子照射}) 実用性能 予測 基 い 設計

強磁場大型装置環境 磁気遮蔽用 料 要求

2-1 ^{強磁場大型装置環境 磁気遮蔽用 料 要求特性}

L LL

L _{磁化 応答 敏感 性質 軟磁性 呼ぶ 軟磁性 優 磁化 わ 磁率 高}

い い わ 保磁力 い 指

;

2.1.2 ^{料 料開発 料 料 開発 開発 開発}

課題 解 業的 応用 能 製 方法 磁束密度 高

軟磁性 優 料 実現 い _: 移金属中 磁子

数 最 大 い鉄 基 軟磁性 向 い 検討 表 _# 鉄

基 的 磁性 磁気遮蔽 料 入手 能 電磁軟鉄 直流磁化特性例 E) ^規格 ,* ^{規定値 引用 示} ? 0 @

表 _2-1 鉄 磁性 JIS C 2504:2000 SUY ^要求特性

鉄 基 磁性 _SUY 化学成 (mass %)

Ms (T) k1 (J/m³) _λ100 C Si Mn P S

2.15 4.7x10⁴ 2.1x10^-5 0.03 0.20 0.50 0.03 0.03 直流磁化特性 規定値

種類 _{Hc (A/m) B100 (T) B200 (T) B300 (T) B500 (T) B1000 (T) B4000 (T)}

SUY-0 60 0.9 1.15 1.25 1.35 1.45 1.60

SUY-1 80 0.6 1.10 1.20 1.30 1.45 1.60

SUY-2 120 N/A N/A 1.15 1.30 1.45 1.60

SUY-3 240 N/A N/A 1.15 1.30 1.45 1.60

Ms: ^飽和磁化(saturation magnetization)

k1: ^{磁気異方性}(magnetic anisotropy)^{定数 結晶磁気異方性 第}1 λ¹⁰⁰: <100> ^磁歪定数(magnetostriction) ^{を多結晶鉄 飽和磁歪}_λs HC: ^保磁力(coercivity) B4000 ^{磁化状態 転 測定値}

Bn: ^起磁力n[A/m] ^磁束密 (magnetic Induction)

参考 ₂₀₀₀ 以前 JIS C 2504 SUYP ^規格

種類 _{B80 (T) B160 (T) B240 (T) B400 (T) B2000 (T) Hc (A/m)}

SUYP 0 0.8 1.1 1.25 1.35 1.55 63.2

SUYP 1 0.5 1 1.2 1.35 1.55 79.1

SUYP 2 0.2 0.75 1.1 1.3 1.55 103

SUYP 3 0.1 0.4 0.8 1.1 1.5 142

Bn: ^起磁力n [A/m] ^磁束密 (magnetic Induction) Hc: ^保磁力(coercivity) B=1.5 T ^{転 測定値}

※IEC 60404-8-6 (68/157/CDV) ^{整 化} 2000 ^{改正 規定値 変更}

表 _# 軟鋼 ₉ 純鉄_{' ' 80 ' %0 - ! 0}

い 代表的 軟磁性 料 磁化特性例 引用 比較 _?:#<@ 業的 製 い 純鉄 直流磁化特性 _,*# 満足 あ 特 純度 良

適 _- 施 場 _,*# 満 純鉄 電磁軟鉄

<

回 軟磁性 得 漏洩磁場 匹 ^#; 程度 遮蔽 用途

限 _{?>@ ' % - !} い 高 金軟磁性 料 磁気異

方性 磁 減 効果 軟鋼 純鉄 比 優 軟磁性 成 い

面 弊害 和磁化 認

表 _2-2 電磁軟鉄 金軟磁性 料 直流磁気特性 比較

Material Chemical composition

(mass %) Heat treatment ^µmax 10^-3 (H/m)

Hc

(A/m) Ms

(T)

Mild steel 0.2C-Fe 950^℃ (anneal) 3 145 2.12

Pure iron 99.8 Fe 950^℃ (anneal) 6 80 2.15

Hydrogenized

pure iron ^{99.95 Fe}

1480^℃ in H2

& 880^℃ (anneal) ^{250 4 2.15}

Permalloy B 45Ni 1050^℃ in H2 ^{30 24 1.6}

Permalloy C 79Ni-4Mo 1100^℃ (anneal) 125 4 0.87

Alperm 16Al-Fe 600^℃ (quench) 69 3 0.8

Sendust 5Al-10Si-Fe as Cast 150 4 1.0

µ^{max: 最大透磁率}(maximum permeability) Hc: ^保磁力(coercivity)

Ms: ^飽和磁化(saturation magnetization)

表中 水素焼鈍純鉄 _! い 特筆 直流磁

化特性 報告 い _{? @ : %} 研究 _{2 <7} 高純化

純鉄 _;= ℃ 超高温 水素雰 気中 長時間_{- ==} ℃

- ^{施 得 結果 あ 鉄 高 和磁化 損 わ} ' %

程度 軟磁性 確認 い 越 直流磁化特性 当時 脱炭 応 含

高純度化 理解 結晶組織 粗大化 考察 え

? 0 @

強磁性 料 磁 構 特徴付 磁化 磁

自 磁化 的 中和 状態 偏 理解 過程 技術磁化

過程 _{5 !} 呼 磁 回転 磁壁自 磁化 方向 異

磁 境界 移動 説 _{?=# @}

磁 弾性 和磁

λ

σ

 

 





−

= 3

cos 1 2

3 ₂

θ

σ

σ

λ

E

-

え 自 磁化 わ 磁 蓄え 磁 弾性 自

>

磁化 磁化容易軸方向 向い い 場 想定 良い _{cos 1}

2

_θ

代入

定数 省略 式 _# 料 ン 率_Y 用い

Y

E_σ ≅

_λσ

_λ

^-

表 磁 自己弾性 呼 表 _# 磁 定数 鉄 自己

弾性 約 _ED ^: 見積 異方性 _;2 匹 ^;_ED ^: 桁

い ゆえ 磁壁 移動 磁化 磁 回転 磁化 容易 あ 鉄 技術磁

化過程 _# 示 う 起磁力 い領域 磁壁 移動 う磁 構 変化

行 磁 回転 完了 和 説 磁壁移

動 容易 磁化 易 わ 磁率 定

外部磁場 磁壁 静磁 変化 磁壁 関

う 説 い _#: 示 外部磁場_H 磁壁 _∆x

移動 静磁 変化 注目 い 磁壁 掃引 面積 _S 自

磁化 大 _IS 外部磁場_H 成 角

_θ

_∆

_{= − 2 ∆}

_⋅

_{cos θ}

え 磁壁 磁気 ン 行 交換 結晶

磁化容易軸 傾 磁気異方性 磁化方向 変化

磁 弾性 蓄え _Uω

_{( )}

書 外部磁場_H 磁壁

( ) ^θ

ω ^x

²

^cos

U

U_T

= −

-

最 置

_x

_α

( )

2 1 x x

U_ω =

_α ^-

表

α

θ

θ

α ^{2 cos}

cos ,

2

H

x SI

SI

H x

S

=

= -

関 外部磁場 磁壁 置 関 え

#: . ^{ン ン 知 い 磁壁 連 移動 概念 示}

い 磁壁 場所 一定 あ 無限 外部磁場_H 磁

壁 移動 完了 自 磁化 _cos

_θ

I = ^{単磁 構 現実 料} F

F ^{超え 置 磁壁 移動} F ^{越え 必要 ン}

相当 ₍ 強 磁場 必要 磁壁 _{F F} 一気 移動 磁

壁 移動 阻害 要因 結晶 物 第 相 存 考え 高純度化

高温 _- 減 通 軟磁性 向 定性的 手段 置

い _{? @} う 磁壁移動 半 因子 支 軟磁性

構 敏感 あ 定 的 記述 い _?=@

自発磁化 外部磁場 自発磁化 外部磁場 自発磁化 外部磁場

2-2 ^{鉄 磁区構 技術的磁化過程 例}

外部磁場 技術磁化過程を ₁₈₀°磁壁 区 磁区 注目 模式的 描い 初期 状態 磁壁移動 過程 磁壁移動 終了₍単磁区構 い ₎ 磁区 回転 終了 各段階 磁区 状態を表 い

θ

H I_S

I_S

∆ ^{x x}

H(x)

x₀ x₁ x₂ x₃ x₄

H_a H_b

θ

H I_S

I_S

∆ ^x

H I_S

I_S θ

H I_S

I_S

∆ ^{x x}

H(x)

x₀ x₁ x₂ x₃ x₄

H_a H_b

x

H(x)

x₀ x₁ x₂ x₃ x₄

H_a H_b

(a) ^{外部磁場 磁壁移動} (b) ^{磁壁 連続移動}

2-3 ^{磁壁 移動 う静磁 変化を説}

(a) ^外部磁場H ^{磁壁 静磁 を減少 せ 方向 移動} (b) ^{磁壁 場 変}

化 相当 ン 磁化 連続 非可逆性を示

% ^{水素焼鈍純鉄 見出 越 軟磁性 高純度化 高温}- ^記

効果 磁壁移動 容易化 解釈 長島 高純化

高温 _- 相 効果 組織 粗大化 結果 磁壁移動

容易化 考察 え _{? 0 @} 長島 保磁力 結晶粒

大 影響 磁気異方性定数

k1 ^{関 着目 理 依存性} k₁^{12 比例}