影响零磁空间地磁场屏蔽效能的因素研究

Shielded-rooms are specially constructed rooms, which are designed to decrease various external magnetic signals. They are widely used in geosciences, medicine, physics, and bio-magnetism, among many other areas of research and commercial applications. The effectiveness of geomagnetic shielding is influenced by many factors. The former scholar had extensive and in-depth study on shielding theory, structural design and shielding materials. However, most studies, undertaken both in China and abroad, typically focus on a single factor and few comprehensive studies have been published. The shielded room effectiveness is a complex parameter, which resulting in the huge gap between research and practical testing. This project will built unique experiment platforms which can test many factors. Based on these test platforms, this project uses a combination of measurements and simulation to comprehensively study how different factors influence the effectiveness of a shielded-room. The factors investigated include material type, material thickness, material shape, number of material layers, frequency response and the field intensity. This will be combined with a detailed investigation of subways influence, which are not typically known. Through such a comprehensive study we will establish the optimal requirements to build a shielded-room and provide important advances to the theoretical and technical support of shielded-room design.

零磁空间是以抑制外界各种磁信号为目的建造的无磁小室，可广泛应用于地学、医学、物理学、生物磁学等许多领域。零磁空间对地磁场的屏蔽效能受到众多因素的影响。虽然前人在屏蔽理论、结构设计和屏蔽材料等方面进行了广泛而深入的研究，但目前这些研究多集中于单一影响因素，忽略该因素与其他因素间的耦合作用，而零磁空间的屏蔽效能是一个复杂参数，这使得零磁空间理论研究与实际测试之间脱节。本课题将采用软件模拟与仿真实验相结合的方法，搭建能够测试多个相关参数的实验平台，系统地研究磁材选择、材料厚度、材料层数、材料形状、外场大小、等因素对零磁空间磁场屏蔽造成的影响。试图以实践方法验证目前已知理论，系统地归纳各因素对屏蔽效果的影响；同时，对一些本领域未知问题，如地铁行进等城市供电所产生的低频磁场对零磁空间影响问题进行探索性研究，试图厘清频率因素对屏蔽效果的影响，力求实现理论突破，填补相应空白。

零磁空间是采用磁屏蔽原理与技术，以抑制外界各种磁信号为目的专门建造的理想化的无磁小室，可广泛应用于地学、医学、物理学、生物磁学等许多领域，关于零磁空间对地磁场屏蔽的研究也是地球科学与材料科学交叉研究的前沿课题之一。. 本项目立足零磁空间这一地球科学与材料科学的交叉点。在综合汲取前人积累的丰富经验下，综合利用模拟软件与仿真实验测试相结合的方法，搭建了多个具有独立测试功能的实验系统，实现了测试直流屏蔽系数、交流屏蔽系数、磁材拼接因素的技术手段。根据目前零磁空间对地磁场的屏蔽现状，提出了零磁空间屏蔽效能不仅仅受磁材选择因素的影响，还受到如材料厚度、层数、形状、磁场频率等多重因素对磁场屏蔽造成的影响，是一个极其复杂的系统。针对不同的零磁空间屏蔽效能影响因素，精心设计并搭建了直流屏蔽参数测试系统、交流屏蔽参数测试系统、磁材接缝影响因素测试系统等三个具有高自动化和高精度的测试系统。详细系统地测试了磁材选择、材料厚度、材料层数、材料形状、磁场频率、外场大小、材料拼接等因素对零磁空间磁场屏蔽造成的影响，不仅用实践方法验证目前的已知理论，同时将实测结果与理论模拟计算相比较，修正了相关计算模型。. 本项目详细地研究零磁空间建设过程中各因素对地磁场屏蔽造成的影响，以及多种因素互相影响内部的复杂机理，解决零磁空间设计理论不足的核心问题。作为集屏蔽理论与测试方法综合一体的研究成果，对于指导零磁空间的建设有着重要的指示意义。在项目的进展过程中，项目的研究成果成功应用于指导中科院地质地球所北京十三陵台站零磁空间，以及中国地质大学（武汉）零磁空间实验室的实际建设工作中。