消磁

消磁またはデパーミングは、残留磁場を減少または除去するプロセスです。これは、磁気の単位であるガウスにちなんで名付けられ、ガウスはカール・フリードリヒ・ガウスにちなんで名付けられました。磁気ヒステリシスのため、磁場を完全にゼロにすることは通常不可能であるため、消磁では通常、バイアスと呼ばれる非常に小さな「既知の」磁場を誘導します。消磁はもともと、第二次世界大戦中に船舶の磁気シグネチャを減少させるために適用されました。消磁は、テープレコーダーやブラウン管ディスプレイの磁場を減少させたり、磁気ストレージに保存されているデータを破壊したりするためにも使用されます。

この用語が最初に使用されたのは、第二次世界大戦中、イギリス艦隊に大混乱をもたらしていたドイツの磁気機雷に対抗しようとしていたカナダ海軍予備隊の当時の司令官、チャールズ・F・グッドーブ氏でした。

機雷は、船の鋼鉄が地球の磁場をその上に集中させると、磁場の増大を感知した。グッドエブを含む海軍省の科学者たちは、この効果を打ち消すために船内に小さな「N 極上」磁場を誘導するシステムをいくつも開発した。つまり、正味の磁場は背景と同じだった。ドイツ人は機雷のトリガーの磁場の強さの単位としてガウスを使用していた (まだ標準の測定単位ではなかった) ため、グッドエブは機雷に対抗するさまざまなプロセスを「消磁」と呼んだ。この用語は一般的な言葉になった。

消磁の元々の方法は、船に電磁コイルを設置することであり、これはコイリングと呼ばれています。コイリングは船に継続的にバイアスをかけることができるだけでなく、南半球でバイアス磁場を反転させることも可能にし、機雷は「S 極下向き」磁場を検出するように設置されました。イギリスの船、特に巡洋艦と戦艦は、1943 年頃までに十分に防御されていました。

しかし、このような特別な装置を設置するのは、それを必要とするすべての船に整備するには費用がかかりすぎるうえに困難であったため、海軍はワイピングと呼ばれる代替手段を開発した。これもグッドエブが考案した。この手順では、船の側面で大きな電気ケーブルを水面から引き上げ、約 2000アンペアのパルスを流す。潜水艦の場合、電流は船自体の推進バッテリーから供給される。これにより、わずかなバイアスの形で適切な磁場が船内に誘導される。当初は、海の波と船のエンジンがこの磁場を徐々にランダム化すると考えられていたが、テストの結果、これは実際の問題ではないことが判明した。^[1]後になって、より深刻な問題が認識された。船が地球の磁場を通過すると、徐々に磁場を拾い、消磁の効果を打ち消すのだ。それ以来、この問題を回避するために、船長はできるだけ頻繁に方向を変えるように指示された。しかし、バイアスは最終的に消え去り、船は定期的に消磁する必要があった。小型船は戦争中も消磁を続けた。

ダンケルク撤退を支援するために、イギリス軍は4日間で400隻の船を「全滅」させた。^[2]

第二次世界大戦中、アメリカ海軍はこの機能を実行できる特殊なクラスの消磁船を就役させました。そのうちの 1 隻、 USS Deperm (ADG-10)は、この手順にちなんで命名されました。

戦後、磁気信管の性能は大幅に向上し、磁場そのものではなく磁場の変化を検知するようになりました。つまり、磁気を消した船でも磁気の「ホット スポット」があれば機雷を起爆できるのです。さらに、磁場の正確な方向も測定されました。これは、少なくとも船のすべての地点では、単純なバイアス磁場では除去できないものです。これらの影響を相殺するために、ますます複雑になる一連のコイルが導入され、現代のシステムには、すべての軸で磁場を減らすために 3 セットものコイルが含まれています。

船舶の消磁効果は、港外の航路脇に設置された陸上消磁レンジ（消磁ステーション、磁気レンジとも呼ばれる）によって監視された。試験対象の船舶は、海底のループを一定の速度で通過し、そのループは陸上の建物から監視された。この設備は、船体の磁気特性を確定して設置すべき消磁装置の適正値を決定するため、または船舶の「抜き取り検査」として消磁装置が正しく機能していることを確認するために使用された。一部のステーションには磁気処理を施すアクティブコイルがあり、磁気機雷に遭遇した際に装備していない船舶を限定的に保護することができた。^[3]

米海軍は2009年4月、「HTS消磁」と呼ばれる高温超伝導消磁コイルシステムのプロトタイプを試験した。このシステムは、従来の銅システムと同様に、船舶の磁気特性を中和することを目的とした超伝導セラミックケーブルで船舶を囲むことで機能する。HTS消磁コイルシステムの主な利点は、重量が大幅に軽減され（場合によっては最大80%）、効率が向上することである。^[4]

鉄鋼船や潜水艦は、その性質上、地球の磁場との磁気機械的相互作用により、航行中に磁気シグネチャを形成します。また、建造された場所の地球の磁場の磁気方向も感知します。このシグネチャは磁気機雷に利用される可能性があり、また、磁気異常検出 (MAD)装置を備えた船舶や航空機による潜水艦の検出を容易にします。海軍は、これに対する対策として、消磁と併せてデパーミング手順を使用します。

この処置には、アメリカ海軍のノーフォーク海軍基地にあるランバーツポイント潜水艦磁気消音ステーションや、パールハーバー・ヒッカム統合基地にある太平洋艦隊潜水艦ドライブイン磁気消音施設（MSF）などの特殊な磁気消音施設が使用される。密閉式磁気処理では、太いゲージの銅ケーブルが船体と上部構造を取り囲み、高電流（最大4000アンペア）がケーブルに流される。^[5]これにより、船体に電気を流した後、船の磁気シグネチャを周囲レベルに「リセット」する効果がある。また、船が運航する特定の地域に最適な特定のシグネチャを割り当てることも可能である。ドライブイン磁気消音施設では、すべてのケーブルは上部、下部、側面に吊るされるか、施設の構造要素内に隠される。磁気消音は「恒久的」である。船舶に大規模な修理や構造変更が行われない限り、この作業は 1 回だけ行われます。

鉄船の導入により、金属製の船体が操舵コンパスに悪影響を与えることが指摘された。また、落雷がコンパスの偏差に重大な影響を与えることも観察され、極端な場合には船の磁気特性の反転が原因であると特定された。1866年、ロンドンのエヴァン・ホプキンスは「鉄船の分極を除去し、それ以降はコンパスを乱すいかなる影響も受けないようにする」プロセスの特許を登録した。この技術は次のように説明されている。「この目的のために、彼はグローブの電池と電磁石を多数使用した。後者は、目的の結果が得られるまでプレートに沿って通過させる必要があった... 逆方向に再分極する恐れがあるため、このプロセスはやり過ぎてはならない」。しかし、この発明は「成功に至らず」、すぐに自然消滅したと報告されている。^[6]

2010 年代初頭以前の多くのテレビやコンピューター モニターの基盤技術であるカラーCRT ディスプレイでは、消磁が必要です。多くの CRT ディスプレイでは、各電子ビームが正しい色の対応する蛍光体に当たるように、管の前面近くにシャドウ マスク(穴の開いた金属スクリーン) が使用されています。このプレートが磁化されると (たとえば、誰かが画面上で磁石を動かしたり、近くにスピーカーを置いたりした場合)、電子ビームに望ましくない偏向が加わり、表示される画像が歪んだり変色したりします。

これを最小限に抑えるために、CRT にはディスプレイの前面に巻かれた銅またはアルミニウムのコイルがあり、これは消磁コイルと呼ばれます。内部コイルのないモニターは、外付けのハンドヘルド バージョンを使用して消磁できます。CRT の内部消磁コイルは、一般的に外付け消磁コイルよりもはるかに弱いです。これは、高性能な消磁コイルはより多くのスペースを必要とするためです。消磁回路は、振幅が減少する振動 磁場を誘導し、シャドウ マスクの残留磁化を減らします。

多くのテレビやモニターは、電源を入れると、画像が表示される前に自動的にブラウン管を消磁します。この自動消磁中に発生する高電流サージは、コンデンサが放電してコイルに電流を注入するため、テレビや CRT コンピューター モニターの電源を入れたときに聞こえる (および感じられる)「ドン」という音、大きなハム音、またはクリック音の原因です。視覚的には、これにより画像が短時間で大きく揺れます。このような機器の操作メニューでは、通常、手動で消磁オプションを選択することもできます。

ほとんどの市販機器では、消磁コイルへの AC 電流サージは、単純な正温度係数(PTC)サーミスタデバイスによって制御されます。このデバイスは、最初は抵抗が低く、高電流を流すことができますが、サーミスタの自己発熱により、すぐに高抵抗に変化し、最小電流を流すことができます。このようなデバイスは、電源投入時に低温から高温に 1 回だけ移行するように設計されています。デバイスのオン/オフを繰り返して消磁効果を「実験」すると、このコンポーネントが故障する可能性があります。PTC が冷却する時間がないため、効果も弱くなります。

ハードディスク、フロッピーディスク、磁気テープなどの磁気媒体にデータが保存されるのは、磁区と呼ばれる非常に小さな領域の磁気配列を、印加された磁場の方向に合わせて変更することによって行われます。この現象は、コンパスの針が地球の磁場の方向を指すのとほぼ同じように発生します。消磁は一般に消去と呼ばれ、磁区は方向に関係なくランダムなパターンのままになり、以前のデータは回復できなくなります。消磁後も磁気配列がランダム化されない磁区もあります。これらの磁区が表す情報は一般に磁気残留磁化または残留磁化と呼ばれます。適切な消磁を行うと、磁気残留磁化が不十分になり、データを再構築できなくなります。^[7]

消磁による消去は、2 つの方法で行うことができます。AC消去では、交流磁場を印加して媒体を消磁します。交流磁場の振幅は、初期の高値から時間の経過とともに減少します (つまり、AC 電源) 。DC消去では、一方向磁場を印加して媒体を飽和させます (つまり、DC 電源または永久磁石を使用)。消磁装置は、磁気記憶媒体を消磁するための磁場を生成できる装置です。^[8]磁気データ記憶媒体を消磁するために必要な磁場は、通常の磁石では容易に達成および維持できない強力な磁場です。^{[9] [10]}

リール式オーディオテープ、VHSビデオカセット、フロッピーディスクなど、一般的な磁気記憶媒体の多くは、消磁後に再利用できます。これらの古いタイプの媒体は、固定位置合わせの読み取り/書き込みヘッドによって作成された新しいパターンで上書きされた単なる生の媒体です。

しかし、現代のハードディスクドライブや一部のテープドライブなど、特定の形式のコンピュータデータストレージでは、消磁によって磁気メディアが完全に使用できなくなり、ストレージシステムが損傷します。これは、デバイスが、磁気メディアに永久に記録されることを目的とした特殊なサーボ制御データ（例：グレイコード^[11]）に依存する、無限に可変の読み取り/書き込みヘッド位置決めメカニズムを備えているためです。このサーボデータは、工場で専用のサーボ書き込みハードウェアを使用してメディアに1回書き込まれます。

サーボ パターンは、通常、デバイスによっていかなる理由でも上書きされることはなく、メディア上のデータ トラック上で読み取り/書き込みヘッドを正確に配置して、デバイスの突然の衝撃、熱膨張、または方向の変化を補正するために使用されます。消磁により、保存されたデータだけでなくサーボ制御データも無差別に削除され、サーボ データがなければ、デバイスは磁気メディア上のデータの読み取りまたは書き込み場所を判断できなくなります。サーボ データを再度使用可能にするには、再書き込みする必要があります。最新のハード ドライブでは、通常、メーカー固有の、多くの場合はモデル固有のサービス機器がなければ、これは不可能です。

リール式やコンパクトカセット式オーディオテープレコーダーなどのテープレコーダーでは、残留磁場が時間の経過とともにガイドポストやテープヘッドなどの金属部分に集まります。これらは磁気テープと接触する部分です。残留磁場は再生中に聞こえるバックグラウンドノイズの増加を引き起こす可能性があります。安価な携帯型消磁器を使用すると、この影響を大幅に軽減できます。^[12]

消磁装置には、オフィスで磁気データ記憶装置を消去するために使用される小型のものから、配管、船舶、潜水艦、その他の大型機器から車両までに使用される産業用消磁装置まで、さまざまなサイズがあります。消磁装置の格付けと分類は、消磁装置が生成する磁場の強さ、消磁装置での磁場生成方法、消磁装置が適している操作の種類、大容量消磁装置か低容量消磁装置かに基づく消磁装置の稼働率、消磁装置の可動性などによって異なります。^[13]これらの格付けと分類の基準から、消磁装置の主なタイプとして、電磁消磁装置、永久磁石消磁装置があります。^[14]

電磁消磁装置は、消磁コイルに電荷を流して磁場を発生させます。^[13]電磁消磁装置には、回転コイル消磁装置やパルス消磁技術消磁装置など、いくつかのサブタイプがあります。これは、消磁装置で使用される技術が、Verity SystemsやMaurer Magneticなどのそれぞれの製造会社によって開発され、特許を取得していることが多いため、消磁装置が意図された用途に適しているためです。^{[15] [16]}電磁消磁装置は強力な磁場を生成し、作業率が高いです。

消磁機の性能は、磁気データ記憶媒体の消磁効果を左右する主な要因です。媒体が同じ消磁磁場を複数回通過しても効果は上がりません。媒体を 90 度回転させると、媒体の消磁効果は上がります。^[10] 磁気媒体消磁機の製造元である Verity Systems 社は、この原理を自社で開発した回転コイル技術に利用しています。同社の回転コイル消磁機は、可変速コンベア ベルトに媒体を載せ、消磁機内の 2 つのコイルを使用して生成された磁場に、消去する磁気データ記憶媒体を通します。磁場を生成する 2 つのコイルは回転しており、1 つのコイルは媒体の上に配置され、もう 1 つのコイルは媒体の下に配置されます。^[10]

パルス消磁技術では、消磁装置内で磁場を生成するために使用されているコイルに、電流をほんの一瞬周期的に流します。^[17]このプロセスは、最大電圧を印加してコイルの過熱を防ぐためにほんの一瞬だけ保持することから始まり、その後数秒間印加される電圧は、コイルに電流が印加されなくなるまで、さまざまな差で順番に下げられます。パルス消磁は、エネルギーコストを節約し、高い磁場強度を生み出し、大規模なアセンブリの消磁に適しており、ゼロエラー消磁を実現できるため信頼性があります。^[17]

永久磁石消磁装置は希土類材料で作られた磁石を使用する。動作に電気は不要である。永久磁石消磁装置は意図しない消磁を防ぐために常に磁場を適切に遮蔽する必要がある。遮蔽の必要性により永久磁石消磁装置は通常かさばる。小型の永久磁石消磁装置は携帯型消磁装置として使用するのに適している。^[13]

ウィキメディア・コモンズには、デパーミングに関連するメディアがあります。

• データの残留

• テレビの消磁ガイド 2020-07-29 にWayback Machineでアーカイブ
• 「消磁: 入門」。Verity Systems。消磁装置とは? 媒体上の磁気ドメインの配列をランダムに変更することで、コンピュータやラップトップのハード ドライブ、フロッピー ディスク、磁気テープなどに保存されているデータを消去するために使用される機械です。
• 「自動化情報システムにおけるデータ残留を理解するためのガイド」www.cerberussystems.com。2016年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。
• https://degaussing-101.com/what-is-degaussing/