Measuring the Magnetic Flux Density with Flux Loops and Hall Probes in the CMS Magnet Flux Return Yoke
紧凑型μ子螺线管（CMS）是一种通用探测器，设计用于在CERN大型强子对撞机（LHC）的最高亮度下运行。其独特的特点包括一个4 T超导螺线管，直径6米，长度12.5米，自由孔，封闭在一个10,000吨的建筑钢制成的返回轭。通量返回轭由五个十二角形三层桶轮和两端的四个端盖盘组成，端盖盘由厚度达620 mm的钢块组成，用作μ子检测系统的吸收板。为了测量钢材内部和周围的磁场，在回磁轭块上安装了一个由22个磁通回路和82个三维霍尔传感器组成的系统。CMS磁体的TOSCA 3-D模型被开发来描述用场映射机测量的跟踪体积外部各处的磁场。在CMS磁体标准斜坡下降期间，由磁通量变化在磁通回路中感应的电压用六个16位DAQ模块测量。感应电压的离线积分重建了在18.164 kA的工作磁体电流下轭钢块中的磁通量密度。在三个磁铁斜坡下降的磁通环测量的结果，并进行了讨论。
2016-11-07 physics.ins-det
Design and Description of the CMS Magnetic System Model
本文介绍了紧凑型μ子螺线管（CMS）探测器的组成和建模的异质CMS磁系统的方法，从制定建模的磁通量的CMS超导螺线管封闭在一个钢磁通返回轭的静磁学问题。审查包括一节的磁化曲线的各种类型的钢中使用的CMS磁轭。讨论部分介绍了磁系统模型20多年来的演变，CMS模型布局和磁通量分布很好地说明了这一点。
2022-01-25 hep-ex physics.ins-det
Superconducting Magnet with a Minimal Steel Yoke for the Future Circular Collider Detector
未来的圆形强子-强子对撞机（FCC-hh）的概念设计研究，具有100 TeV的质量中心能量的顺序，假设是在一个新的隧道80-100公里的周长，包括确定其探测器的基本要求。提出了一种中心磁通量密度为6 T、内径为12 m的超导螺线管磁体，并将其与两个超导偶极磁体和两个常规环形磁体相结合，用于FCC-hh实验装置。23.468 m长的线圈有7个3.35 m长的模块，包括在一个低温恒温器中。质量为22.6 kt的钢轭由两个径向厚度为0.5 m的筒体层和一个0.7 m厚的鼻盘以及每侧四个0.6 m厚的端盖盘组成。轭架的外径为17.7 m。磁系全长62.6米。端盖盘之间的空气间隙提供了高达约2.7的绝对伪快度的μ子室的安装。超导偶极磁体提供在绝对赝快度大于3的区域中的带电粒子动量的测量。传统的前向μ子谱仪允许μ子识别的绝对赝快度区域从2.7到5。磁体用Cobham CTS Limited的程序TOSCA建模。超导螺线管线圈中的总电流为123 MA匝;存储的能量为41.8 GJ。作用在每个端盖上的轴向力为450 MN。在距线圈轴50 m半径处的杂散场为13.7 mT，在100 m半径处的杂散场为5.2 mT。许多其他参数的介绍和讨论。
2016-08-08 physics.ins-det
On a Possibility to Measure the Magnetic Field Inside the CMS Yoke Elements
考虑了测量CMS磁轭元件内部磁场的程序。CMS线圈的快速放电可用于在安装在CMS磁轭的选定元件周围的磁通回路中感应电压。通过对任何一个回路中感应的电压进行采样，并对放电时间上的电压波形进行积分，可以测量回路中的总初始通量。垂直于磁通环平面的磁轭元件中的磁场的平均值是通过将磁通的测量值除以环所包围的已知面积和环中的匝数来获得的。
2022-02-01 hep-ex physics.ins-det
Analysis of Eddy Current Distributions in the CMS Magnet Yoke During the Solenoid Discharge
通量环已被安装在选定的部分磁通量返回轭的4 T超导线圈的紧凑型μ子螺线管（CMS）的检测器正在建设中的欧洲核子研究中心。螺线管放电期间回路中感应的电压将在整个放电过程中在线采样，并离线积分，以提供最大磁场下钢中初始磁通量密度的测量，精度为百分之几。尽管螺线管的放电相当慢（190 s时间常数），但应估计轭元件中感应的涡流的影响。涡流的计算是用矢量场的程序ELEKTRA进行的。报告了计算结果。
2011-09-30 physics.ins-det
Validation of the CMS Magnetic Field Map
紧凑型μ子螺线管（CMS）是一种通用探测器，设计用于在CERN大型强子对撞机（LHC）的最高亮度下运行。其独特的特点包括一个4 T超导螺线管，直径6米，长度12.5米，自由孔，封闭在一个10,000吨的建筑钢制成的返回轭。返回轭由五个十二边形三层桶轮和四个端盖盘组成，每个端盖盘由厚达620毫米的钢块组成，用作μ子探测系统的吸收板。为了测量钢材内部和周围的磁场，在回磁轭块上安装了一个由22个磁通回路和82个三维霍尔传感器组成的系统。CMS磁体的TOSCA 3-D模型被开发来描述用场映射机测量的跟踪体积外部各处的磁场。的磁场的描述进行了比较和讨论的测量。
2016-05-31 physics.ins-det
The CMS Magnetic Field Measuring and Monitoring Systems
本文介绍了紧凑型μ子螺线管（CMS）探测器的磁场测量和监测系统的性能。为了交叉检查用CMS磁体模型获得的磁通量分布，使用了四个用于测量检测器体积中的磁通量密度的系统。测量了6米直径超导螺线管内的磁感应强度，目前由四个核磁共振（NMR）探头监测，探头安装在桶形强子量能器外，使用特殊的管子。另外两个NRM探头安装在跟踪系统的表面。2006年，使用10个基于霍尔效应的三维（3D）B传感器，在直径为3.448 m，长度为7 m的圆柱体中精确测量了超导螺线管内部的磁场。这些B传感器安装在自动化现场测绘机的两个螺旋桨臂上。除了这些测量系统之外，还开发了一种用于在CMS检测器操作期间监测磁场的系统。在水平平面中的螺线管内部，4个3D B传感器安装在跟踪检测器的面上。12个三维B传感器安装在磁通返回轭鼻盘的表面上。在CMS磁轭的气隙中安装了70个3D B传感器。专门开发的磁通回路技术用于CMS磁轭钢块内部最复杂的磁通量密度测量。磁通回路安装在磁通返回轭块的22个部分中。这些线圈包围的面积在桶形轮块中为0.3至1.59 m $^{2}$，在轭端盖盘块中为0.5至1.12 m $^{2}$。这些系统的发展和跨CMS磁体的磁通量密度测量的结果在这篇评论文章中介绍和讨论。
2022-02-05 hep-ex physics.ins-det
Superconducting Magnet with the Reduced Barrel Yoke for the Hadron Future Circular Collider
在一个周长为80-100公里的新隧道中，对质心能量为100 TeV的强子未来圆形对撞机（FCC-hh）的概念设计研究假定确定其探测器的基本要求。设计了一个内径为12 m、中心磁通量密度为6 T的超导螺线管磁体，用于FCC-hh实验装置。24.518米长的线圈有七个3.5米长的模块包括在一个低温恒温器中。质量为21 kt的钢轭由两个径向厚度为0.5 m的筒层、0.7 m厚的鼻盘、四个0.6 m厚的端盖盘和每侧三个0.8 m厚的μ子环形盘组成。磁轭的外径为17.7米;没有前μ子环的长度为33米。端盖盘之间的空气间隙提供了μ子室的安装，直到\pm 3.5的伪快度。传统的前向μ介子谱仪提供了从\pm 2.7到\pm 4.6的赝快度区域中μ介子动量的测量。用Cobham的程序TOSCA模拟磁体。超导螺线管线圈的总安匝数为127.25 MA匝。储存的能量为43.3 GJ。每个端盖上的轴向力为480 MN。在离线圈轴50 m半径处的杂散场为14.1 mT，在100 m半径处的杂散场为5.4 mT。所有其他参数已提出并讨论。
2015-11-07 physics.ins-det
An Investigation of Magnetic Hysteresis Error in Kibble Balances
磁轭式永磁磁路广泛应用于Kibble天平实验。在这些磁系统中，在称重测量的两个步骤中具有正号和负号的线圈电流可以在电路中引起附加磁通量，从而在线圈位置处引起磁场变化。假设磁轭材料不含任何磁滞，研究了线圈电流引起的磁场变化和相关的系统效应。在本文中，我们提出了一个解释的磁滞误差在基布尔平衡测量。提出了一种基于测量磁轭微小磁滞回线的评估技术来估计这种影响。磁滞效应的依赖性和一些可能的优化抑制这种影响进行了讨论。
2019-12-17 physics.class-ph physics.ins-det
A Simple Improvement for Permanent Magnet Systems for Kibble Balances: More Flat Field at Almost No Cost
永磁体与磁轭一起将磁通量集中到圆柱形气隙中，广泛用于粗磨天平。这些实验要求沿垂直路径的均匀磁通量密度，通常是气隙长度的相当大的一部分。存在于气隙两端的边缘场限制了磁通密度变化不超过磁体系统中心磁通密度的特定相对分数（此处：$5\times 10^{-4}$）的区域。通过简单地在气隙两端的内磁轭上增加一个矩形截面的铁环，可以抵消边缘磁场的影响，因此，增加了磁通密度保持在给定公差带内的区域的长度。与采用较高磁体的替代方案相比，所提出的方法产生具有均匀场的扩展区域的磁体系统，而不会显著增加磁体系统的质量。潜在的应用包括紧凑型和桌面Kibble平衡。我们调查可能产生的不利影响的额外的环所造成的磁体系统的性能：磁场强度，线圈电流效应，和依赖的径向场的径向位置的字段。没有发现实质性的缺点。相反，这里提出的方法优于以前提出的方法，以改善径向场的径向依赖性，例如，较短的外轭。总之，将环添加到内轭改善了磁场的均匀性，而不会对磁体系统的功能、成本和形状因子产生有害影响。
2020-03-08 physics.ins-det
A nonlinearity in permanent-magnet systems used in watt balances
瓦特天平用于测量普朗克常量，将来将用于实现千克级的质量。它们越来越依赖于永磁体系统来产生磁通量。已经知道，称重电流可能影响这些系统中使用的永磁系统的磁化状态，从而导致系统偏置，如果不考虑该系统偏置，则可能导致结果中的误差。在这篇文章中，一个简单的模型解释的影响，称重电流的磁轭的发展。该模型导致间隙中的磁通量密度与线圈电流的平方值成比例的非线性依赖性。这种效应是由于线圈产生的附加磁场改变了磁轭的磁阻而产生的。我们的分析表明，该效果取决于气隙的宽度，在气隙中的磁通密度，和磁轭材料的$BH$曲线。讨论了减小非线性效应的建议。
2014-05-08 physics.class-ph physics.ins-det
An Approach for Restoring Magnetic Field Uniformity in Openable BIPM-Type Kibble Balance Magnets
针对可开启BIPM型Kibble天平磁体分界面气隙导致的磁场不对称及均匀性劣化问题，提出两步磁轭补偿法，经仿真和实验验证可有效恢复磁场对称性与均匀性。
2025-10-06 physics.ins-det
Designing Model and Optimization of the Permanent Magnet for Joule Balance NIM-2
带有磁轭的永磁体广泛用于瓦特和焦耳天平，以测量即将重新定义的质量单位千克的普朗克常量。最近，一个永磁体系统已被考虑为NIM-2的进一步实践，广义焦耳平衡。本文提出了一种设计永磁体系统的分析模型。该模型可以求解得到初步的参数，然后作为指导有限元分析软件，以优化这种磁系统的参数。作为该设计模型的应用实例，介绍了NIM-2的永磁体系统的设计，其特殊的开口形状设计使得上、中磁轭的不对中对磁场的垂直分量影响很小。
2016-10-10 physics.ins-det
Influence of the high granularity calorimeter stainless steel absorbers onto the Compact Muon Solenoid inner magnetic field
紧凑型μ子螺线管（CMS）探测器是欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的通用实验装置，用于研究在质量能量为13 TeV的质子-质子碰撞中产生新粒子。第三轮数据采集于2022年4月开始，将持续到2025年底。然后，在一个长的关闭时间，现有的CMS强子端盖量热计将被替换为一个新的高粒度量热计（HGCal）设计的更高的LHC光度。HGCal包含不锈钢吸收板，其相对磁导率限制为1.05，这是根据作用在这种微磁性材料上的电磁力估计得出的。为了排除带电粒子跟踪系统的区域中的内部磁通量密度的可能扰动的意外情况，在不锈钢的磁导率的该极限值下研究该附加材料对内部跟踪器体积内的磁场的质量的影响。CMS磁体的三维模型用于此目的。首次将表征带电粒子动量分辨率的磁场双积分方法应用于CMS探测器，并在期刊上发表。用这种方法得到的结果进行了详细介绍和讨论。
2022-10-11 hep-ex physics.ins-det
Comparison of Two Detector Magnetic Systems for the Future Circular Hadron-Hadron Collider
本研究针对FCC-hh探测器，使用TOSCA程序对无铁超导螺线管和带最小钢轭超导磁体两种磁系统方案进行建模与特性比较，为100 TeV对撞机探测器设计提供参考。
2024-01-05 hep-ex physics.ins-det
The OPERA magnetic spectrometer
OPERA的中微子振荡实验预见了在铅核乳胶靶之后建造两个磁化铁谱仪。磁体由两个垂直的矩形截面的壁组成，两个垂直的壁通过回磁轭连接。粒子轨迹由位于磁体臂之前和之后的高精度漂移管测量。此外，磁钢上装有电阻板室，便于模式识别，并允许对强子簇射进行量热测量。在本文中，我们回顾了光谱仪的建设。特别是，我们描述了从磁铁和RPC原型和安装的最终装置在格兰萨索实验室获得的结果。我们讨论了钢的机械和磁性，以及用于校准磁体体积中的磁场的技术。此外，还报告了电阻板室的测试结果和批量生产的有关问题。最后，预期的探测器的物理性能进行了说明，估计依赖于数值模拟和上述测试的结果。
2004-09-27 physics.ins-det
Calculation of Forces on the High Granularity Calorimeter Stainless Steel Absorber Plates in the Compact Muon Solenoid Magnetic Field
本文计算了CMS探测器新型高粒度端盖量能器（HGCal）不锈钢吸收板在3.8 T磁场中的轴向电磁力，为机械结构设计提供关键依据。
2024-01-05 hep-ex physics.ins-det
Calculation of Forces to the High Granularity Calorimeter Stainless Steel Absorbers Misaligned inside the CMS Superconducting Coil
本文针对CMS超导线圈内新高粒度量能器（HGCal）端盖不锈钢吸收板因正交和角度未对中所受电磁力，采用三维计算机模型进行计算，为高亮度LHC环境下的安装对中提供依据。
2024-01-08 hep-ex physics.ins-det
Straightening of Superconducting HERA Dipoles for the Any-Light-Particle-Search Experiment ALPS II
在DESY，ALPS II实验被安装在HERA隧道中，以寻找轴子样粒子（ALP）。激光束将被注入一串超导HERA偶极磁体，以产生ALP。在穿过不透光的墙壁后，ALP可以在第二串HERA偶极子中重新转换为光子。在墙壁前后设置两个模式匹配光学腔将提高实验的灵敏度。磁体的曲率限制了光学谐振器的性能，因此通过拉直弯曲的磁轭来增加HERA偶极子内的光学谐振器的孔径。本报告描述了拉直HERA偶极的程序。
2020-04-28 hep-ex physics.ins-det
Effect of construction steels on PMTs detection efficiency at JUNO
Suranaree University of Technology（素拉那瑞技术大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Institute of Advanced Science Facilities, Shenzhen（深圳先进科学设施研究院）；Chulalongkorn University（朱拉隆功大学）
通过模拟研究JUNO结构中碳钢钢筋和钢TT桥对线圈屏蔽效果的影响，发现残余磁场对PMT探测效率影响极小。
2025-09-18 physics.ins-det
The magnetic shielding for the neutron decay spectrometer aSPECT
在核物理和中子物理的许多实验中，超导磁谱仪的杂散磁场会对其他实验产生潜在的影响。延迟谱仪aSPECT尤其由超导磁体系统组成，该超导磁体系统产生高达6.2T的强纵向磁场。为了不干扰aSPECT附近的其他实验，我们必须为磁体系统开发一个磁场返回轭。当回磁轭必须减少杂散磁场时，内部磁场及其均匀性不应受到影响。在许多情况下，用于aSPECT的磁屏蔽必须以有限的空间进行管理。此外，我们必须确保磁体线圈上的附加磁力不具有破坏性。为了确定用于aSPECT的磁屏蔽的最合适的几何形状，我们模拟了各种可能的几何形状和非线性磁导率的屏蔽材料的组合。通过霍尔和核磁共振探头的磁场测量，我们的模拟结果进行了检查。实验数据与模拟值吻合较好：与模拟外磁场的平均偏差为（-1.7+/-4.8）%。然而，在两个临界区域，内部磁场偏离模拟值分别为0.2%<1 E-4。
2014-05-05 nucl-ex physics.ins-det
Design and Optimization of a Pole-less 0.2 T C-Type MRI Magnet
Johns Hopkins University School of Medicine（约翰斯·霍普金斯大学医学院）
本文提出一种无极0.2T C型双极磁体设计，通过磁环替代传统磁极以提高磁场均匀性并减轻重量，实验显示其在20cm DSV内达到0.2T峰值磁场和1.43mT不均匀性，重量仅为590kg。
2026-04-25 physics.ins-det physics.med-ph
Impact of the lead factor of neutron irradiation on the magnetic properties of RPV steels
Comisión Nacional de Energía Atómica（国家原子能委员会）；Universidad Tecnológica Nacional（国立技术大学）；Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro（门多萨国立大学，巴尔塞罗研究所）
研究中子辐照的铅因子对RPV钢材磁性能的影响，采用三种磁学技术分析辐照诱导的微结构变化，揭示辐照率和铅因子对材料磁性参数的影响。
2025-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Magnetic Uncertainties for Compact Kibble Balances: An Investigation
基布尔天平已经成为在修订后的国际单位制（SI）中实现质量单位千克的主要仪器之一。大约十几个国家计量机构的研究人员正在积极研究能够称量标称值从10克到1公斤的质量的Kibble天平。未来，更小的Kibble天平的设计将发挥更重要的作用。更小的Kibble平衡需要更小的磁体系统，在这里，我们研究了系统不确定性与磁体系统大小的比例。我们描述了三个磁效应的尺寸依赖性：线圈电感效应，磁轭非线性效应，和热效应。分析表明，相对系统效应随尺度的减小而增大。对于小磁体，热效应成为主导，因此，良好的热设计是必要的。
2022-06-08 physics.ins-det
Field Measurement for Superconducting Magnets of ADS Injector I
2012年11月，在哈尔滨工业大学（HIT）完成了ADS注入-I超导螺线管磁体样机的试制和测试。批量磁体的生产是在磁体原型的基础上进行了一些重大修改后进行的，这些修改包括：去除坡莫合金屏蔽，延长铁轭，使用细超导电缆等。2013.同时，利用位于立式杜瓦顶部的测量平台进行了现场测量。本文将介绍现场测量系统的设计、测量结果以及对持续电流效应产生的剩余场的讨论。
2013-11-26 physics.acc-ph physics.ins-det
An analytical algorithm for 3D magnetic field mapping of a watt balance magnet
磁轭式永磁体被广泛应用于国家计量机构的功率天平中，其作用是在气隙中产生强而均匀的径向磁场。然而，实际上，由于气隙的有限高度而引起的边缘效应将向气隙引入不期望的垂直磁分量，这应当被测量或建模以实现瓦特平衡的一些优化。最近的一份出版物，即，{ \it Metrologia} 52（4）445 [1]提出了一种全场映射方法，该方法在理论上将为轮廓表征和未对准分析提供有用的信息。本文是[1]的补充材料，其开发了一种不同的分析算法来表示瓦特平衡磁体的3D磁场，该算法仅基于沿垂直方向的径向磁通量密度$B_r(z)$的一次测量。新算法是基于磁铁的电磁性质，具有更好的精度。
2015-10-28 physics.ins-det
3D Magnetic Analysis of the CMS Magnet
CMS磁系统包括一个超导螺线管线圈，12.5米长，6米的自由孔直径，和一个铁磁通量返回轭，其中包括中心桶，两个端盖和强子前向量热计的铁磁部分。螺线管中心的磁通量密度为4 T。为了进行CMS磁系统的磁分析，开发了几个3D模型，使用矢量场代码TOSCA进行磁场和力计算。分析包括一般的磁场行为的研究，由小的轴向，径向位移和角倾斜产生的线圈上的力的计算，在铁磁部件上的力的计算，计算的边缘磁场外的磁系统，并在烟囱的电流引线和低温线的场水平的研究。考虑了从圆柱体表面的磁通量密度值出发重建圆柱体内部磁场的方法。专门的TOSCA-GEANT接口工具已经开发出来，用于将计算的磁场输入探测器模拟包。
2011-09-29 physics.ins-det
Design of a large-scale superconducting dipole magnet for the CEE spectrometer
本文针对CEE谱仪提出一种线圈主导型超导二极磁铁设计，采用跑道形截面导体、热铁轭、19股NbTi/Cu绞缆及主动失超保护与失超反冲相结合的方法，实现0.5 T中心场和5%均匀度。
2024-09-03 physics.ins-det
Design of A Conduction-cooled 4T Superconducting Racetrack for Multi-field Coupling Measurement System
为研究低温强磁场条件下超导样品的力学行为，设计了一种用于新一代多场耦合测量系统的传导冷却超导磁体，其横向磁场为4 T。考虑到实验成本，并与非接触式应变测量系统（非线性CCD光学系统）相配合，我们选择了跑道式线圈绕组，设计并制造了一台小型的两级GM制冷机超导磁体低温恒温器。该磁体由NbTi/Cu超导复合线绕制的一对扁平跑道形线圈、铜和不锈钢的组合形式和两条Bi 2Sr 2CaCu 2 Oy超导电流引线组成。所有线圈串联连接，可以用单个电源供电。最大中心磁场为4 T。为了支持超导磁体中的高应力和均匀的热分布，已经进行了详细的有限元（FE）分析。本文介绍了超导跑道磁体系统的详细设计。
2015-06-12 physics.ins-det
Performance of a Highly Granular Scintillator-SiPM Based Hadron Calorimeter Prototype in Strong Magnetic Fields
在CALICE合作中，研究了未来线性对撞机探测器的强子量能器的几个概念。在“物理原型”中展示了测量方法的能力之后，现在的重点是改进它们在“工程原型”中的实施，这些原型可扩展到完整的线性对撞机探测器。模拟强子量热计（AHCAL）概念是钨或钢吸收板和塑料闪烁体瓦片的采样量热计，由硅光电倍增器（SiPM）作为活性材料读出。前端芯片集成到量热计的有源层中，并根据直线加速器的光束结构通过快速循环功率来最大限度地降低功耗。多功能电子设备允许原型配备不同类型的闪烁体瓦片和SiPM。2017年5月，在CERN SPS的1.5 T磁体中，使用μ子和电子对配备有几种类型的闪烁体瓦片和SiPM的约2200个通道的原型进行了测试，以确定功率脉冲的操作稳定性和磁场中的整体探测器性能。
2017-11-10 physics.ins-det
