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Magnicon产品在优化长方体形磁屏蔽内部线圈间距的三步模型（A Three-step Model for Optimizing Coil Spacings Inside Cuboid-shaped Magnetic Shields）的应用介绍： 具有高时间稳定性的极其均匀的磁场对于各种精密测量至关重要，例如电偶极矩（EDM）测量1-4或磁场检测器校准5-7。对于具有挑战性的EDM测量，非零磁场梯度增强了磁力计8、9看到的振动噪声，缩短了单个实验的可能测量时间，从而降低了其统计灵敏度10-12。最终不可避免的f ield梯度也会导致系统不确定性，如几何相移13、14，这是对当前中子EDM上限的主要误差贡献15。 创建均匀磁场的常用方法是将线圈组放入多层磁屏蔽18-21中，以减少外部磁场扰动。已经提出了许多在空气中产生均匀磁场的经典线圈配置，例如Helmholtz线圈或螺线管线圈22,23。然而，高导磁率屏蔽材料改变了磁场分布，通常会恶化预期的均匀性。通过优化线圈间距，与放置在非屏蔽环境中的相同设置相比，铁磁屏蔽可以提高线圈产生的磁场强度和均匀性。行间距优化的结果取决于场计算的准确性，包括屏蔽材料引起的失真。迄今为止，非球形磁屏蔽中线圈产生的场只能在一些理想情况下解析求解，例如假设屏蔽的无限长度或无限磁导率。真正的屏蔽通常是长方体形状，没有已知的解析解。 对于实际的设置，有限元方法（FEM）允许计算磁场分布，但是对于目前的计算机来说，由于屏蔽材料的长厚比很大，准确描述所需的计算时间仍然相当长。扫描有限元模型中的线圈参数以找到最佳解决方案需要更长的时间。因此，为了有效地优化线圈间距，使用合理且足够准确的场计算简化是有利的。 对于无限大和无限厚屏蔽板前面的线圈，一种公认的处理方法是用板的相对侧的假想线圈代替板，作为原始线圈的参考，称为镜像方法27,28。潘等人应用标准图像方法来优化磁屏蔽室（MSR）中封闭的方形线圈29。然而，对于板的厚度为几毫米的情况，假想线圈的电流受到设置的几何形状以及观察点位置的影响，这在镜像方法中没有考虑。由于铁磁板的有限宽度而减少的图像电流已在通过FEM30计算的几个特定情况中得到考虑。精度显著提高，但有限厚度的影响仍然被忽略。 在本文中，我们提出了一个三步模型来计算立方体磁屏蔽内线圈产生的磁场，该模型适用于快速优化线圈间距。 我们通过完整的有限元计算和对柏林磁屏蔽室 2（BMSR-2）31 内直径为 1.6 米的亥姆霍兹线圈的测量，对所提出的三步模型进行了验证。 此外，还利用该模型优化了 BMSR-2 墙壁上两个方形线圈之间的距离，该距离与磁屏蔽室中央区域的场同源性有关。 对于新设计的边长为 2.75min 的线圈对原型，在计算出的最佳距离下，在线圈中心最外圈 5cm 区域内测量到的最大相对磁场变化为 6ppm，与我们之前使用的亥姆霍兹线圈的数值相比提高了 5.4 倍。 |
