超伝導磁気浮上を用いたねじれ振り子について

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1 超伝導磁気浮上を用いたねじれ振り子について
岡田健志 坪野研輪講

2 Introduction 超伝導ピン止め効果による力 (frozen image法) 超伝導磁気浮上におけるseismic noise
超伝導磁気浮上におけるmagnetic noise 2m スケールTOBA実験案

3 Principle of Torsion-bar Antenna (TOBA)
IFO detector TOBA GW GW x y z x y z mirror mirror Laser Torsion bar mirror mirror photodetector Detect differential length change Detect rotation 現在、超伝導ピン止め効果で浮上させた20cmのテストマスによるTOBAで実験中

4 超伝導ピン止め効果による浮上力の計算 Frozen image 法 超伝導体によるscreening currents
→diamagnetic mirror image （超伝導体の面に関して対象となるよう動く） 超伝導体による磁場のトラップ →frozen image（静止） 磁石を多数のコイルに置き換えてコイル間の力を足し合わせる コイルの電流は磁石の表面磁束密度により計算

5 超伝導ピン止め効果による浮上力の計算 コイル間にかかる力 ・ 上下方向 ・ 横方向 それぞれの場合でコイル間の力を足していく

6 超伝導磁ピン止め効果による浮上力 超伝導バルク Gd-Ba-Cu-O φ60 mm, t20mm Y ネオジウム磁石
Z 表面磁束密度 : 0.37 T テストマス Z 方向の力 Y 方向の力 ばね定数 kz= 3.52 ×103 [N/m] kY= 1.76 ×103 [N/m] kz / kY = 2.02±0.02 ← J.R. Hull and A. Cansiz, J. Appl. Phys. 86 (1999) 6396

7 超伝導磁ピン止め効果による浮上力 ただし、テストマスは自重により下がる テストマスの重さ : 131 ｇ → 0.4 mm 下降 このとき
kZ’ = 2.75 × 103 N/m (22%減) kY’ = 1.62 × 103 N/m (8%減) 自重で下がる場合にはkZ=2 kYからずれる

8 現在の雑音レベル 外部磁場による雑音 地面振動による雑音

9 地面振動に起因したセンシング雑音 石徹白さんのD論より引用 鏡の角度のずれより並進方向の揺れが 光路変化に変化
図のようなモデルより地面振動から 並進方向の揺れへの伝達関数の理論値を得る 地面振動による雑音 地面振動から並進方向の揺れへの伝達関数 石徹白さんのD論より引用

10 外部磁場による雑音 磁場のDC成分はカット 深夜1:30 ～ 4:30 に外部磁場の揺らぎが低減 千代田線：
ＪＲ常磐線各駅停車 金町〜松戸駅間で沿線火災のため、ＪＲ常磐線各駅停車との直通運転を中止　 （01月14日 13時24分 ～ 14時24分）

11 m Z M m X m Y 外部磁場による雑音 Magnet Magnetic moment Nd, φ22×10 Test mass
と近似 Test mass 外部磁場による雑音 30%ほどのずれ → センサーのキャリブレーションの誤差 →伝達関数測定時の誤差 →上式の近似の不正確さ

12 2m TOBAの実験案 腕の長さ： 20 cm → 2 m 質量： 130 g → 500 g （腕をパイプにして軽くする）
腕が重いと自重で曲がる可能性あり。しかし内部共振で揺れることも考えられる。 慣性モーメント：　3.25 × 10-4 kg m2 →　2 × 10-2 kg m2 （テストマスの下部にも磁石をつけ超伝導でピン止め →並進の振動を低減）

13 2m TOBAの実験案 腕の長さと慣性モーメント の増加による感度の向上 の目安 0.1 Hz で 4 ×10-10 Hz1/2
Ωｇｗに対するアッパーリミット ：4 × 1015 (石徹白さんの結果より2~3桁向上) 下方の超伝導バルクでのピン止め効果による防振効果は計算中