双極子磁石
 |
双極子磁石は最も単純な磁石です。N極とS極の2つの極を持ちます。磁力線はN極から始まり、S極から再び入り、磁石の本体を貫通する単純な閉ループを形成します。双極子磁石の最も単純な例は棒磁石です。[ 1 ]
加速器の双極子磁石
粒子加速器において、 双極子磁石は、ある距離にわたって均一な磁場を生成するために使用される電磁石です。この磁場中の粒子は、磁場に垂直で粒子の運動方向と共線的な平面内では円運動し、磁場に直交する方向では自由運動します。したがって、双極子磁石に入射した粒子は、円軌道または螺旋軌道を描きます。同一平面上に複数の双極子セクションを追加することで、ビームの曲げ半径方向効果が増加します。
加速器物理学において、双極子磁石は、円形加速器のように、粒子の設計軌道（または「軌道」）を 曲げるために使用されます。その他の用途としては、以下のものがあります。
双極子磁石から粒子加速器内の荷電粒子に作用する力は、ローレンツ力の法則によって記述することができ、荷電粒子は
（SI単位系）。粒子加速器の双極子磁石の場合、荷電粒子ビームは粒子の速度と磁場ベクトルの外積によって曲げられ、その方向は粒子の電荷にも依存する。
双極子磁石によって荷電粒子に加えられる力の大きさは、現代のシンクロトロンおよびサイクロトロン陽子・イオン加速器の制限要因の一つである。加速された粒子のエネルギーが増加すると、方向を変えるためにより大きな力が必要となり、より大きなB磁場を操縦する必要がある。現代の双極子電磁石で生成できるB磁場の大きさには限界があるため、粒子速度の増加を補うためにシンクロトロン/サイクロトロンのサイズを大きくする必要がある（したがって、使用される双極子磁石の数も増加する）。最大の現代シンクロトロンである大型ハドロン衝突型加速器には、粒子ビームの進路を曲げるために使用される1232個の主双極子磁石があり、それぞれの重量は35トンである。[ 2 ]
現代の粒子加速器では、双極子磁石は極めて安定した電流制御電源によって駆動され、実質的に高精度の直流電流発生器として動作します。電磁石によって生成される磁場はコイルを流れる電流に正比例するため、電源の安定性とノイズ性能は重要なパラメータとなります。シンクロトロン光源などの施設では、8～24時間にわたる長期電流安定性が10 ppm（百万分率）以上であることが一般的に求められており、精度は通常100 ppm以上です。このような厳格な仕様により、加速器の運転中にビームの軌道と品質を維持するのに十分な磁場安定性が確保されます。[ 3 ] [ 4 ]
その他の用途
移動する粒子を偏向させる双極子磁石の他の用途としては、質量分析における同位体質量測定や、素粒子物理学における粒子運動量測定などがあります。
このような磁石は、ブラウン管（本質的には小型の粒子加速器）を備えた従来のテレビにも使用されています。テレビの磁石は偏向コイルと呼ばれ、ブラウン管上の一点を画面全体に制御された方法で動かします。
参照
参考文献
- ^ [「棒磁石」ハイパー物理学; http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/elemag.html ]
- ^ [「一緒に引っ張る：超伝導電磁石」CERN; https://home.cern/science/engineering/pulling-together-superconducting-electromagnets ]
- ^ CH Ho; et al. (2016).台湾光子源蓄積リング用双極子電源(PDF) . Proceedings of IPAC2016. JACoW. pp. THPMW016.
- ^ H. Hoteit; et al. (2024). KARAにおける磁石電源の近代化とEPICSベース制御システムへの移行. IPAC2024議事録. JACoW. pp. THPS08. doi : 10.18429/JACoW-IPAC2024-THPS08 .
外部リンク
ウィキメディア・コモンズの双極子磁石関連メディア
