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

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

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

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

超伝導マグネットの磁場分布測定

14cm

ホール素子の原理

V=(Rh/d)I・B

③④ 間に発生する電位差 V

（ Rh: ホール係数）

Vと Bの関係を知るため、較正が必要。

ーー

ー＋

＋

＋

＋ ー

1.5mm

2.5mm

厚さ： 0.6mm起電力 V が発生

旭化成製 HG106A感磁部： GaAs （ガリウムヒ素）

B

BI

I

d

①

②

③ ④

ホール素子

電位差Ｖ

ホール素子の較正試験

温度は３００ K （常温）、７７ K( 窒素温度）、４ . ２ K( 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。

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。

Bと Vを照合し、較正を行う。測定条件

2cm

-2 0 2 4 6 8 （ mV ）

-100 -50 0 50 100 （ mV ）

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 (mV ）

３００ K ７７ K

４ . ２ K

-40

-20

0

20

40

400

300

200

100

0

-400

-300

-200

-100

1000

750

500

250

0

-250

-500

-750

-1000

(gauss)

(gauss) (gauss)

・すべての温度で線形性を保つことを確認。・３００ K 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）

横軸：ホール素子の電位差 V

磁場Ｂ

磁場Ｂ

磁場Ｂ

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1E- 37 99 199 299 399 499 599 699 100 300 500

10

0

70

80

60

50

40

30

20

ホール素子の電位差

Ｖ

(gauss)

磁場Ｂ

（ mV ）

77K( 窒素温度 )

4.2K( ヘリウム温度 )300K( 常温 )

ホール素子入力 5mA

3 状態の較正関数

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。

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

超伝導マグネットの中心磁場分布測定

シュミレーションも行った

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

超伝導マグネッ ト中心

超伝導マグネット概略図

測定箇所は三箇所

backing coil 中心

detector stage 中心

シュミレーション結果と実験結果

- 140.00

- 120.00

- 100.00

- 80.00

- 60.00

- 40.00

- 20.00

0.00130.00 135.00 140.00 145.00 150.00

シュミレーション結果

：（マグネット中心、 backing coil 中心、 detector stage 中心）各位置での測定点

0

距離 (mm)

磁場

上端からの距離 (cm)

0 50 100 150

30

10

20

100

0

-200

135 145 (cm)

(×1000gauss) (gauss)

拡大

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 ( ～１ gauss) 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

超伝導マグネットの磁場分布磁気シールドのシュミレーション

磁気シールドなし 磁気シールドあり

超伝導マグネット

Bucking coil

磁気シールド

磁気シールド

ＬＨｅ ｔａｎｋ

マグネットアダプタ

配線

配線