歳差運動の角振動数は ω=geB/2m=eB/m=8.5*10^8*B[T]

よって、Δt=2μsの間の振動する回数は ω*Δt/(2π)=270*B[T]

これが1になるための磁場はおよそ B=3.7mT=37Gauss である．

これぐらいのオーダーの磁場をえたい．

• コメント：ミューオンの寿命2.2μsで1回振動させるのに必要な磁場は33Gになりました。T(μs)に1回振動させるのに必要な磁場はB(T)=73.7/T (G)となりました。（池満）
  • 修正しましたm(_ _)m　2πで割るのを忘れてました．（田島）

• 11/2
  • これまでは鉄芯でミューオンビームを止めることを想定していたが，鉄芯中の磁場を測定するのは難しそうなので．．．空隙中に銅板(透磁率が空気とほぼ同じ)をおいて，ミューオンビームを止めることを考えることにした．
• 11/8
  • やはり鉄芯でミューオンビームを止めることにした．空隙やその他の場所を測定することで，鉄中の磁場を求める．
  • 空芯の回路はサイズが大きく，技術的に難しく現実的でない．
• 11/17
  • mag2の磁気回路(空隙なし，空芯コイル内部の磁場を測定)の方向でいくことにした．
    • コイルと鉄の接合部で磁場を漏らさないために．接合部に鉄芯を通した方がよいとアドバイスをいただいた．
    • 構造の補強を考える必要がある．
    • 図面を引く．
  • 他に以下の問題があがった．
    • 磁場の測定に何を使うか．
    • ラズパイを磁場制御に使えるか．
    • ダブルパンチのときの解析・磁場をどうするか．
• 11/28
  • 解析的には130gaussあたりが望ましい．
    • 電流を2倍にすれば，126[gauss]が得られる．このときコイル内の磁場は63.0[gauss]．(確認済み)
  • 磁場測定器は宇治で借りられる(?)

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• 1/19
  • 強磁性体(鉄)の中でミューオンに磁場をかけるのは厳しい.
    • 大きなコイルを置くか、永久磁石でバルバッハ配列のダイポールを作る…
  • 磁場測定器のprobeの都合上、ビームラン中の測定はできない.
• 1/26
  • ビームランの日程が1日伸び,最後の日はP2独自のターゲットがおけるようになった.
    • このターゲットは可能な限りビーム口に近づけられる.
  • 磁場をかけた鉄でミューオンをトラップするのは難しいが,粒子の軌道を曲げる実験はあるらしい.
  • ヘルムホルツコイルも借りられるらしい.
• 1/30(I様のMailより)
  • 磁場の一様性を考えると,長手方向の長さは十分大きくしたほうがいい.
    • 内径の2倍は欲しい
    • この場合,一つの筒の真ん中にターゲットを置くより,2つ筒を作りその間にターゲットを置くのが良さそう.
  • 納期を考えると既製品の少磁石をハルバッハ配列に並べることも考えたほうがよい.
    • 残留磁化の強い磁石でも疎に配置することで弱い磁場が得られる.
    • 塩化ビニル(または鉄)のパイプに少磁石を接着剤でつける.(DIY!)
• 1/31 ~2/2 Mailのやりとり
  • 納期や製造の簡単さより既製品の磁石で作ることに決定
  • 二つHalbach Cylinderを作り、その間にターゲットおく
    • 磁石は塩ビパイプに接着材で固定、ターゲットはパイプの中心(中空)に固定…
  • 磁石を60mm*10mm*3mmの磁石を180本購入
• 2/2
  • ターゲット材質,調達
    • 真鍮、厚さ5mmのものがパーツセンターに売っていた
  • ターゲット大きさ
    • ビームの大きさはビーム口から680mmの場所で縦60mm*横40mmでδ(~69%).
      • 実際にはビーム口までの最短距離+6mm程度で測定できるのでこれより大きい必要性はなさそう.
    • パイプの大きさを考えてからきめる
  • ターゲットの固定
    • ターゲットの四隅に穴をあけて、糸(ワイヤー)で吊るす,
  • パイプの大きさ
    • ビームが当たらないように最低直径150mmは欲しい
    • ターゲットの大きさ依存のところがあるので、シミュレーションできめる
      • パイプの規格的に150,200,250,300になりそう
  • パイプの調達
    • 架台と買えそうな予感
• 2/4
  • 301で直径200mm*長さ200mmの塩ビを発見!!(もともとあった)
  • 一番手前のPCにLinuxmintをインストールして,femmを使えるようにした
    • 転がっていたHDD160GBのPCにインストールした
• 2/5
  • 磁石到着
    • シミュレーションにおける磁場の値と実際に測定した値のオーダーと一ケタ目が一致することを確認した
  • パイプを鉄板とアクリル板から外し、洗った
    • 後、接着剤と図面が揃い次第、製作可能
    • 接着剤は今週中にD2で購入する予定
  • パイプ中のターゲットをおき、斜め前方(または後方)から測定することに
    • パイプに加工する必要がなくて楽そう
    • ジオメトリをしっかり考える必要がある
  • H氏に指摘されるまで、cos配置とハルバッハ配列(k=2)を同一視していましたm (-.-)m
    • 一応すぐにシミュレーションをした結果磁場の大きさには問題ないことが判明しました(安心)
    • 確かにハルバッハ配列に配置するのは、難しいとは感じていました

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新しいものがうえになるようにしています.
鉄の案はなくなったのでwikiから削除しました.一応Dropbox のlog.txtに内容を残してあります.
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• パーツセンターで調達できそう

• D2で呼び径100mm長さ2mのものが1780円で売っていた
  • 他のサイズのものについてはメーカーの問い合わせが必要になるとのこと
• ミスミでも販売してるが~200mmまでのものしかなかった
  • 150mmと200mmのものは通常出荷に2週間かかるらしい
• http://enbi.shop-pro.jp/?pid=48072470
• 廃材
• 301で直径200mm*長さ200mmの塩ビパイプを発見!!
  • これを使うことに決まり

• より広い範囲で均一で十分な強度の磁場を作れるパイプの口径を考える
• ビームに当たって欲しくないので、余裕をもって直径150mm以上のパイプがほしいビ➖ム情報
  • 条件に合う,塩ビパイプは呼び径150,200,250,300あたりのものである
  • これらの内径147,195,242,287[mm]で、外径は165,216,267,318[mm](規格による)
  • 調べたところ呼び径300[mm]のものはなかなか手に入らなさそう
• どのサイズでも磁石を一様な角度分布で配置すると、なかなか均一な磁場が得られる
  • 横60mm*縦40mmのターゲットを置くには,直径200mmがよさそう
  • 図を掲載予定
• さらに長手方向の磁場漏れを考えると、口径を小さく押さええたほうが良い
• 301に直径200mmのものがあったので、これがちょうど良いのではなかろうか。

• 磁場の位置による磁石の方向は、以下のように書ける
  • -π/2*cos(2θ)
    • ここでθは磁石の極座標における角度成分で, 範囲は0~θ~π/2,3π/2~θ~2π
    • そのほかの範囲では　π+π/2*cos(2θ)
• このような向きに磁石を配置すれば、ダイポールができる
• 一様な磁場をつくるには、どのような角度分布で磁石を配置すれば良いかを考える
• 考えるのは以下の3つの場合である
  • 等間隔に配置
  • 磁場方向に対して密に配置
  • 磁場方向に対して疎に配置
• 下図はそのシミュレーションである
  • 左から等間隔、縦に密、横に密のものである
  • 磁石の角度分布以外の設定は全部おなじである
• 結果として磁石は一様な角度で分布させたほうが、一様な磁場が得られることがわかった

• 下の方法で残留磁化~0.10[T]、R/r=1.2にしたときの磁場
  • 多少強めになっているが,200[mT]あたりまでは解析可能ときいたので…

https://www.dropbox.com/s/0mixmr561t2aarz/halbach.pdf?dl=0

• 様々な残留磁化に対応するHalbach Cylinder(R/r)の形状を調べた.
  • FEMMのマテリアル・ライブラリにあるCeramic5(残留磁化 B_r=0.38[T])のB-Hカーブをスケール変換することで,様々な残留磁化(0.30,025,0.20,015,0.10,0.05[T])を実現した.
  • 残留磁化についての簡単な情報はこちら
• その結果が以下の図である.
  • 縦軸はcylinder中心での磁場B[mT]である.20[mT]=200[Gauss]までの領域を調べた.
  • 横軸はR/r=(外形)/(内径)である.
  • cylinderには正8角形のものを考えた.
  • Ceramic8(残留磁化0.386[T],Ceramic5よりやや保磁力が強い.)という素材で上と同じことをして,残留磁化~0.20[T]にしてR/r=1.10のcylinderを作るとB=15.9[mT]になった.
    • Ceramic5にくらべてやや大きい磁場になったが,それほど違いはない.
    • 一応,Ceramic8で同じことをした結果も載せるつもりです().

• 製造可能な磁石の残留磁化と厚みがわからないのでなんともいえないが…
  • 残留磁化0.10[T]なら,r=50[mm],R=60[mm],磁石の厚さ10[mm]でちょうど良さそうなのが作れそう.

• Halbach cylinderとは,円筒(多角筒)の永久磁石をHalbach配列に分割することで,内部にさまざな方向の磁場を発生させる装置である.
  • Halbach配列の説明は略.
• 中でも一様方向の磁場を生成するものを考える.
  • この円筒内にターゲットを置く.
• このとき円筒から磁場が漏れないとき、円筒内の磁場は以下のように書けるらしい…(By Wikipedia …未勉強)
• B[T]=B_r[T]*ln(R/r)
  • ここでB_r[T]は磁石の残留磁化で,フェライト鉱では~0.35[T],他の磁石ではもっと大きい値をとる.
  • R,rは円筒の外径と内径である.
• フェライト鉱で,B~13.0[mT]=130[gauss]を実現するためには,R/r~1.04程度になる必要がある.
  • 磁場の漏れも考慮すると,R/r~1.05あたりがちょうどいい.(シミュレーションより)
• 以下の図はR/r=1.05のシミュレーションによるcylinder内(空気)の磁場密度である.
  • 左から正8角形、円を8分割に磁化したものと正12角形を12分割に磁化したものである.
  • 0.1[mT]毎に色が変わるようにしている.点は中心を通るように外径を十字に5分割するように打った.

• 上の磁石の中心に100mm*100mmのターゲット置くことを考える.
• 磁場の値の3桁目を厳しめに要求すると,筒の外径は~250mmとなり,筒(磁石)の厚さは~13mmとなる.

• 小さな磁場を実現するには,筒(磁石)を薄くせざる得ない.
  • 構造的に厳しい,磁石として現実的に可能な形なのか.
  • 磁石が薄いと空隙部分も大きくなり,一様な磁場を実現するのが難しい.
  • 残留磁化を小さめで磁化することが出来たら,少し状況はよくなりそう.
• 磁化する強さや方向に現実的な制限があるか.
• 一様な方向の磁場を作り出す配列は他にもあるので,工夫することで磁場の一様性については少しよくなりそう.