小尺寸主动地磁屏蔽系统研究

The performance of the large micro-channel plate photomultiplier tube (MCP-PMT), which is used in the center detector of Jiangmen underground neutrino observatory (JUNO), is seriously affected by the geomagnetic field, and it's performance reduction is more than 70%. In center detector, 16875 MCP-PMTs will be placed on a diameter of 37.5 meters sphere surface; If every one of these tubes for magnetic field shielding with high permeability alloy material, not only difficult, but also spends. Therefore, JUNO will use two sets of compensation coils to shield the vertical and horizontal component of the earth magnetic field separately in the overall center detector space. We do not have any experience of building a such large-scale active geomagnetic shielding system, so this project will built a set of 2.2 meters (1/20 of JUNO active geomagnetic shielding coil size) active geomagnetic shielding system, to evaluate the actual magnetic field shielding effect of JUNO and master multi coils operation control method, which also be a guidance for JUNO magnetic shielding coil's installation.

江门中微子实验(JUNO)中心探测器所采用的大尺寸微通道板光电倍增管（MCP-PMT）在地磁场环境中，其性能衰减超过70%，因此需要地磁场屏蔽保护。中心探测器将在直径37.5米的球面上放置16875只MCP-PMT，如果采用高导磁率合金包裹对每只光电倍增管进行地磁场屏蔽，不仅工作量巨大，而且费用惊人；因此江门中微子实验将采用两组主动补偿线圈，分别屏蔽地磁场竖直分量和水平分量的方案进行整体地磁屏蔽。由于大尺度主动地磁屏蔽系统可借鉴经验很少，本项目将通过搭建一套2.2米（JUNO主动地磁屏蔽线圈尺寸的二十分之一）的小尺寸主动地磁屏蔽系统，进行JUNO实际磁场屏蔽效果研究，并掌握多线圈运行控制方法，积累主动地磁屏蔽相关技术，为JUNO主动地磁屏蔽系统研制和安装提供技术指导。

江门中微子实验(JUNO)中心探测器所采用的大尺寸微通道板光电倍增管（MCP-PMT）在地磁场环境中，其性能衰减超过70%，因此需要地磁场屏蔽保护。中心探测器将在直径37.5米的球面上放置16875只MCP-PMT，如果采用高导磁率合金包裹对每只光电倍增管进行地磁场屏蔽，不仅工作量巨大，而且费用惊人；因此江门中微子实验将采用主动补偿线圈，来整体屏蔽地磁场。本课题通过搭建一套直径尺寸在2.2米左右的小尺寸主动地磁屏蔽系统（JUNO主动地磁屏蔽系统线圈尺寸的二十分之一），实测屏蔽线圈内部磁场数据与理论仿真结果对比，解决JUNO主动地磁屏蔽系统中的多线圈控制问题。. 通过USB通讯线缆，实现可编程直流电源与上位机之间的远程通讯连接；自编上位机控制程序，实现上位机远程控制直流电源输出，完成多线圈运行独立控制。实测小尺寸主动地磁屏蔽系统内部的不同尺寸球面上的剩余地磁场数据，得到线圈内部直径1.5米球形区域内最大剩余磁场不大于30毫高斯；1.3米球形区域内最大剩余磁场不大于20毫高斯；1.1米球形区域内最大剩余磁场不大于10毫高斯，考虑到屏蔽线圈实际安装位置及尺寸与理论设计值之间的偏差所造成的影响，说明该主动地磁场屏蔽方案是可靠的，能够满足江门中微子实验的磁场屏蔽要求。同时利用该屏蔽装置，进行了不同磁性材料的剩余磁场特性测量，为JUNO实验装置实际安装所用材料的要求提供了数据参考。