較正したホール素子を用いた低温での超伝導マグネットの磁場分布測定宇宙物理実験研究室安保匠

較正したホール素子を用いた低温での超伝導マグネットの磁場分布測定宇宙物理実験研究室 安保匠

目的断熱消磁冷凍機に使用している超伝導マグネットの磁場分布を測定する。 ↓ 外へ漏れる磁場を遮断する磁気シールドの製作のため ①ホール素子のキャリブレーション ②超伝導マグネットの中心磁場分布測定

超伝導マグネットの磁場分布測定 ＴＥＳ型Ｘ線マイクロカロリメータの評価試験 ↓断熱消磁冷凍機に組み込むマグネットで磁場を発生させる ↓ 磁気冷却（断熱消磁）させる ↓ 磁場分布の把握が必要 14cm

ホール素子の原理 厚さ：0.6mm ② I 電位差Ｖ起電力Vが発生 B 2.5mm ③ ＋ー ④ ＋ー＋ー＋ー 1.5mm d ホール素子 I 旭化成製HG106A 感磁部：GaAs（ガリウムヒ素） B ① ③④間に発生する電位差V VとBの関係を知るため、較正が必要。 V=(Rh/d)I・B （Rh:ホール係数）

ホール素子の較正試験 磁場計測器とホール素子で、小型超伝導コイルで発生させた磁場を測定。小型超伝導コイル磁場計測器からは磁場Bを、ホール素子からは電位差Vを読み取る。 2cm BとVを照合し、較正を行う。測定条件温度は３００K（常温）、７７K(窒素温度）、４.２K(ヘリウム温度）の３点。それぞれの温度で電流Iを5mAと10mAの２状態で測定。

(gauss) (gauss) 400 300 40 磁場Ｂ 200 磁場Ｂ 20 100 0 0 -100 -20 -200 -40 ３００K -300 ７７K -400 -2 0 2 4 6 8（mV） -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 (mV） (gauss) 横軸：ホール素子の電位差V 1000 750 ・すべての温度で線形性を保つことを確認。・３００Kの結果からホール素子は数gaussの感度を持つ・旭化成では動作の保証がなかった4.2Kでの動作を確認（1,000gaussまで） 500 磁場Ｂ 250 0 -250 -500 -750 ４.２K -1000 -100 -50 0 50 100 （mV）

3状態の較正関数 （mV） 70 ホール素子入力5mA ホール素子の電位差Ｖ 77K(窒素温度) 80 4.2K(ヘリウム温度) 300K(常温) 60 50 常温から窒素温度以下では、ホール素子の感度が上がっている。窒素とヘリウム温度はほぼ同じ。 40 30 20 10 0 (gauss) 100 300 500 磁場Ｂ

超伝導マグネットの中心磁場分布測定 測定箇所は三箇所超伝導マグネット中心 Backing coil：超伝導マグネットの磁場を打ち消すように作られたコイル→その効果を知る backing coil 中心 detector stage 中心超伝導マグネット概略図 Detector stage：TES型マイクロカロリメータが、配置されるところ→低磁場が必要シュミレーションも行った

シュミレーション結果と実験結果 シュミレーション結果 (gauss) (×1000gauss) 100 30 145 (cm) 135 0 磁場 20 10 -200 拡大 0 0 50 100 150 距離(mm) 上端からの距離(cm) ：（マグネット中心、backing coil中心、detector stage中心）各位置での測定点

考察マグネット中心の実測磁場が、シミュレーションの値より10%ほど弱い。原因：ホール素子の較正の誤差測定上の問題(ホール素子の傾き、位置) Detector Stage上での磁場が、カロリメータが正常に動作できる範囲(～１gauss)を超える。 →磁気シールドで防ぐ。

まとめ ホール素子を較正し、超伝導マグネットの磁場分布をシュミレーションではなく、実測で確認今後の課題・違う方法でのホール素子較正→ 異なったコイルでも測定し、磁場の計算値とも比較する・磁場の測定点を増やし、効果的な磁気シールドを設計する

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較正したホール素子を用いた 低温での超伝導マグネットの 磁場分布測定 宇宙物理実験研究室 安保匠