Система измерения поля в широкоапертурных магнитах физических установок на ускорительном комплексе У-70

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Приведено описание системы магнитных измерений в больших объемах на основе датчиков Холла, разработанной в НИЦ “Курчатовский институт”–ИФВЭ, вместе с примером ее практического использования для измерения топографии поля спектрометрического магнита эксперимента СПАСЧАРМ на ускорительном комплексе У-70. В этих измерениях особое внимание было уделено калибровкам, контролю за стабильностью параметров, точности позиционирования датчиков в апертуре магнита и их ориентации. Представлены также дальнейшее развитие системы и изучение ее возможностей для улучшения точности и сокращения времени измерений и в целом для повышения гибкости в применениях.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Н. Алферов

Институт физики высоких энергий им. А.А. Логунова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: lutchev@ihep.ru
Россия, 142281, Протвино, Московская обл., пл. Науки, 1

А. Н. Васильев

Институт физики высоких энергий им. А.А. Логунова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: lutchev@ihep.ru
Россия, 142281, Протвино, Московская обл., пл. Науки, 1; 115409, Москва, Каширское шоссе, 31

Д. А. Васильев

Институт физики высоких энергий им. А.А. Логунова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: lutchev@ihep.ru
Россия, 142281, Протвино, Московская обл., пл. Науки, 1

В. А. Кормилицын

Институт физики высоких энергий им. А.А. Логунова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: lutchev@ihep.ru
Россия, 142281, Протвино, Московская обл., пл. Науки, 1

А. В. Лутчев

Институт физики высоких энергий им. А.А. Логунова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: lutchev@ihep.ru
Россия, 142281, Протвино, Московская обл., пл. Науки, 1

А. П. Мещанин

Институт физики высоких энергий им. А.А. Логунова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: lutchev@ihep.ru
Россия, 142281, Протвино, Московская обл., пл. Науки, 1

Н. Г. Минаев

Институт физики высоких энергий им. А.А. Логунова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: lutchev@ihep.ru
Россия, 142281, Протвино, Московская обл., пл. Науки, 1

В. В. Мочалов

Институт физики высоких энергий им. А.А. Логунова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: lutchev@ihep.ru
Россия, 142281, Протвино, Московская обл., пл. Науки, 1; 115409, Москва, Каширское шоссе, 31

В. Л. Рыков

Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: lutchev@ihep.ru
Россия, 115409, Москва, Каширское шоссе, 31

А. Д. Рябов

Институт физики высоких энергий им. А.А. Логунова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: lutchev@ihep.ru
Россия, 142281, Протвино, Московская обл., пл. Науки, 1

Т. Д. Рябова

Институт физики высоких энергий им. А.А. Логунова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: lutchev@ihep.ru
Россия, 142281, Протвино, Московская обл., пл. Науки, 1

П. А. Семенов

Институт физики высоких энергий им. А.А. Логунова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: lutchev@ihep.ru
Россия, 142281, Протвино, Московская обл., пл. Науки, 1; 115409, Москва, Каширское шоссе, 31

В. А. Соловьев

Институт физики высоких энергий им. А.А. Логунова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: lutchev@ihep.ru
Россия, 142281, Протвино, Московская обл., пл. Науки, 1

В. Н. Федорченко

Институт физики высоких энергий им. А.А. Логунова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: lutchev@ihep.ru
Россия, 142281, Протвино, Московская обл., пл. Науки, 1

А. Н. Холкин

Институт физики высоких энергий им. А.А. Логунова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: lutchev@ihep.ru
Россия, 142281, Протвино, Московская обл., пл. Науки, 1

Список литературы

  1. Meshchanin A.P., Vasiliev A.N., Goncharenko Yu.M. et al. Magnets of the SPASCHARM Experiment at the U-70 Accelerator Facility // Physics of Atomic Nuclei. 2022. V. 85. №. 12. P. 2043. https://doi.org /10.1134/S1063778822100386
  2. Абрамов В.В, Ажгирей И.Л., Борисов А.А. и др. Концептуальный проект эксперимента СПАСЧАРМ // ЭЧАЯ. 2023. Т. 54. № 1. С. 6.
  3. Алферов В.Н., Васильев Д.А., Головкин В.Ф. и др. Система измерения магнитного поля установки СВД-2 // ПТЭ. 2019. № 3. С. 157. https://doi.org/
  4. Алферов В.Н., Васильев Д.А., Головкин В.Ф. и др. Измерение магнитного поля установки СВД-2. Препринт ИФВЭ 2018-2, Протвино, 2018.
  5. Балбеков В.И., Герцев К.Ф., Смирнов Н.Л., Трофимов С.В. Измерение нелинейностей магнитного поля диполей УНК методом гармонического анализа. Препринт ИФВЭ УНК, 1982.
  6. Карпов Г.В., Медведко А.С., Шубин Е.И. Прецизионные магнитометры на основе ЯМР в стандарте VME. Препринт ИЯФ СО АН РФ 2004-55, Новосибирск, 2004.
  7. Lee H.-H. Finite Element Simulations with Ansys Workbench 17. SDC Publications. 2017. P.50. ISBN 978-1-63057-088-0.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Широкоапертурный спектрометрический магнит эксперимента СПАСЧАРМ. Стальные экраны для защиты трековых детекторов от рассеянного магнитного поля не показаны.

Скачать (155KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Слева: схематический вид тележки с кассетой и датчиками Холла на рельсах. Справа: фото системы магнитных измерений внутри спектрометрического магнита СПАСЧАРМ. В принятой и показанной здесь правой декартовой системе координат ось Z направлена вниз по пучку, ось Y – вертикально вверх, а ось X – горизонтально поперек пучка. За начало координат обычно выбирается центр магнита.

Скачать (317KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Слева: измеренная зависимость B(bY) для Y-датчика №18. В середине: невязки к подгонкам линейными зависимостями измеренных значений B(bY) для всех Y-датчиков. Справа: невязки для подгонок тех же значений B(bY) функцией (1).

Скачать (119KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Некоторые распределения поля в апертуре магнита в плоскостях, проходящих через его центр. Пять из шести распределений взяты из измерений, а шестое (в правом нижнем углу) – результат численного моделирования [2] с использованием программы ANSYS [7]. Начало координат выбрано в центре магнита, т.е. на середине прямого отрезка, соединяющего центры полюсов.

Скачать (367KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Иллюстрации к поправкам на ориентацию Y-датчика №3: верхняя строка — до корректировки угла αYZ (см. обозначения в уравнениях (2) ); нижняя строка – после корректировки. Первый столбец слева – BY в YZ-сечении при Xpos = 19 (середина апертуры) с крупным планом для интервала 22 ≤ Zstop≤ 24; второй столбец – BY в YZ-сечении при Xpos = 5 (край апертуры по оси X) с крупным планом для интервала 26 ≤ Zstop ≤ 28; третий столбец – другой ракурс того же YZ-сечения при Xpos = 5, но с крупным планом для интервала 48 ≤ Zstop ≤ 49. На крайнем справа рисунке показано распределение продольной компоненты поля BZ в YZ-сечении при Xpos = 19.

Скачать (446KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Некоторые распределения для измеренных BX- и BZ-компонент поля с взаимной ориентацией датчиков из калибровок (верхняя строка) и с исправленной ориентацией по данным рабочих измерений на магните СПАСЧАРМ (нижняя строка). В первом слева столбце представлена компонента BX в YZ-плоскости при Xpos = 18, а во втором столбце – область 36 ≤ Zstop ≤ 41, вырезанная из этих распределений. В третьем слева столбце показана компонента BZ в XY-плоскости при Zstop = 39, а в крайнем правом столбце – область 16 ≤ Xpos ≤ 21, вырезанная из этих распределений.

Скачать (420KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Иллюстрация к процедуре коррекции взаимной ориентации датчиков путем сглаживания измеренных распределений поля в магните СПАСЧАРМ. Все показанные в нижней строке подгонки полиномами сделаны в предположении одинаковых ошибок для всех точек.

Скачать (308KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Сравнение относительных углов поворота датчиков, найденных в калибровочных измерениях (графы с маркерами в виде незаполненных квадратов) и в результате настройки по рабочим измерениям на магните СПАСЧАРМ (графы с маркерами в виде заполненных кружков).

Скачать (132KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Иллюстрация к степени согласия расчетов и измерений по интегралам вдоль оси Z (параллельно пучку) от поперечных компонент поля BX и BY. Верхняя строка: расчетные распределения интегралов в поперечной плоскости XY для полной апертуры магнита. Нижняя строка: относительные разности между расчетными и измеренными интегралами, нормированные на интегралы от основной компоненты BY, для части апертуры, где были сделаны измерения. Обозначение: ΔB(X, Y, Z) = Bрасчет(X, Y, X) –Bизмерения(X, Y, Z).

Скачать (375KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Сравнение работы трех датчиков Холла из группы № 10 в остаточном поле обесточенного магнита СПАСЧАРМ на длине 96 см при считывании сигналов во время 25 остановок кассеты с шагом 4 см (слева) и в непрерывном движении вдоль оси Z со скоростью примерно 5 см/с (справа). В обоих режимах частота считываний fR = 50 Гц. Каждая точка на графиках представляет собой единичное считывание.

Скачать (133KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024