Магнитометр сверхпроводящий

Тесно связаны с этими магнитометрами сверхпроводящие гравиметры. Они предназначены для обна- [c.528]

Все предложенные или изготовленные сверхпроводящие магнитометры можно разделить на два вида приборы, основанные на принципе измерения незатухающего тока, наведенного в сверх-проводниковом контуре, и приборы, основанные на принципе подсчета числа квантов в потоке (квантовые магнитометры [9, 15]). Приборы обоих видов в действительности измеряют изменение поля Н и требуют установки нуля для абсолютных измерений. [c.527]

Самый замечательный из всех известных до сих пор магнитометров — квантовый интерференционный прибор. В нем используется взаимодействие радиочастотного излучения со сверхпроводящим тонкопленочным кольцом (рис. 211), нанесенным на цилин- [c.527]

В магнитометрах, применяющихся в биологии и геофизике, до сих пор использовались в основном не ПТ-сквиды, которые могут обеспечить более высокую чувствительность, а высокочастотные сквиды (ВЧ-сквиды). Состояние сверхпроводящего кольца в таких приборах определяют методами радиочастотной электроники. Сверхпроводящее кольцо ВЧ-сквида включает один джозефсоновский контакт (или так называемое слабое звено), через который может идти сверхпроводящий ток. Размеры контакта, переходящего в определенные моменты работы сквида в нормальное состояние, для достижения необходимых характеристик устройства должны быть достаточно малы по сравнению с размерами кольца. [c.153]

С помощью сквида можно проследить за изменением поля с момента перехода датчика в сверхпроводящее состояние. Высокая чувствительность, достигаемая при таких измерениях, обусловлена характером периодической зависимости напряжения на выходе прибора от потока в кольце сквида. Период этой зависимости равен по порядку величины 10 Вб, и если состояние сквида может быть определено с разрешением 10 , то это означает, что чувствительность составляет 10 Вб. В следующем разделе работа магнитометра рассмотрена более детально. [c.154]

Магнитные экраны становятся очень важной частью рассматриваемых в этой главе магнитометров в тех случаях, когда предполагается использовать прибор на пороге его чувствительности. Ферромагнитные экраны обычно ослабляют внешнее поле не более чем в 10" раз, в то время как с помощью сверхпроводящих экранов легко достичь уровня экранирования порядка 10 и более, причем последний не зависит от частоты в диапазоне от долей герца до гигагерц (10 Гц). [c.168]

Сверхпроводящие материалы представляют собой идеальные диамагнетики, и поэтому внутри деталей из сверхпроводников, таких как оболочка сквида и экранирующие трубы, исключены всякие изменения магнитного потока. Жидкий гелий тоже диамагнитен, но имеет значительно меньшую объемную восприимчивость (-8 10 ), чем сверхпроводники (-1). Поскольку свойства диамагнетиков не изменяются при низких температурах, связанные с ними помехи в работе сквид-магнитометра могут возникать только в результате искажений поля из-за наличия и перемещения диамагнитных объектов вблизи приемной катушки или самого сквида. Например, если сквид расположен слишком близко к ортогональным приемным катушкам, то эта ортогональность может нарушаться при переходе системы в сверхпроводящее состояние. Магнитная индукция, возникающая за счет загрязнения жидкого гелия, равна 10 -10 Тл и ее можно уменьшить, сделав в резервуаре для гелия специальные перегородки и отделив приемные катушки от жидкого гелия. [c.176]

Третий тип конструкции применяется в магнитометре с горизонтальным рабочим каналом (рис. 4.16, Д). Эта система также позволяет отдельно отогревать экран. Кроме того, здесь очень эффективно используется испаряющийся гелий и можно применять дополнительный рефрижератор для уменьщения расхода гелия. Главными достоинствами конструкции являются 1) близость сверхпроводящего экрана ко входам в рабочий канал 2) малые потери гелия в горловине 3) простота сквозного канала и отсутствие затруднений при введении в него образца 4) повышенная термостабильность сверхпроводящих компонентов системы, благодаря чему уменьшается шум. Диаметр горизонтального открытого с обоих концов рабочего канала равен 6,4 см. [c.189]

Система для измерения магнитной восприимчивости, работающая в Калифорнийском университете (Санта-Барбара), имеет вертикальный рабочий канал диаметром 7 мм и похожа на описанные в этом разделе аналогичные магнитометры. Отличие состоит в том, что прибор снабжен сверхпроводящим соленоидом на 2,5 Тл. Сверхпроводящий экран находится внутри соленоида и может захватывать достаточно сильное поле, обеспечивая тем самым его стабильность, необходимую для проведения измерений с высокой чувствительностью. Так, если требуется зарегистрировать индукцию 0,1 Тл с погрешностью 10 ° Тл, то измеряемое поле должно быть стабильно с точностью по крайней мере 10 . Обдувая образец потоком газообразного гелия нужной температуры, можно устанавливать любую температуру в интервале от 4 К до комнатной. Система контроля температуры состоит из теплообменника, в котором образуется газообразный гелий, электрического нагревателя, диодного термометра и электронной схемы, позволяющих регулировать температуру потока газа. Поскольку при этом образец находится при [c.189]

Рассмотрим теперь петлю магнитного гистерезиса (см. ниже) как характеристику магнитного материала, и в первую очередь зависимость формы петли от размера зерен. Нужно отметить трудоемкость получения петли гистерезиса с помощью сквид-магнитометра, поскольку для изменения намагничивающего поля в сквид-системе требуется отогреть и вновь охладить сверхпроводящий экран при новом значении поля. [c.198]

СВЕРХПРОВОДНИКИ, вещества, к-рые при охлаждении ниже критич. т-ры Г переходят в сверхпроводящее состояние (их электрич. сопротивление падает до нуля). Значения Гк близки к абс. нулю (самая высокая Гк 23К у NbaGe). К С. относятся св. 25 металлов (Hg, Al, Zn, V, Ti, W, Nb, Ir и др.), неск. сотен металлич. сплавов и хим. соед., нек-рые сильно легиров. полупроводники. Теория рассматривает сверхпроводимость как сверхтекучесть электронной жидкости (электронов проводимости, объединенных в т. н. ку-перовские пары). При Т > Гк, а также в магн. полях выше нек-рой критич. напряженности Я С. становятся обычными проводниками. В зависимости от характера проникновения магн. поля в С. и динамики разрушения сверхпроводимости различают С. 1-го рода (гл. обр. чистые металлы) и 2-го рода (сплавы и металлы с большим содержанием примесей). Последние обладают высокими значениями Я и широко примен. в технике (сильные магниты, магнитометры и т. п.). [c.517]

Основными частями сквид-магнитометра являются измерительная катушка (или система катушек), сквид-датчик и электронная схема управления (рис. 1.3). Главный элемент сквид-датчика - это сверх-проводниковый квантовый интерферометр, или сквид, чувствительный к магнитному потоку. Сквид представляет собой кольцеобразную структуру из сверхпроводящего материала (например, из ниобия) с одним или двумя так называемыми слабыми звеньями, или слабыми связями (джозефсоновскими контактами),. Кольцо с одним контактом возбужается высокочастотным сигналом, поэтому соответствующий датчик называется высокочастотным сквид-датчиком. Кольцо с двумя контактами возбуждается постоянным током, и соответствующий датчик называется сквид-датчиком постоянного тока. Известны различные топологические модификации сквидов, причем физические свойства слабой связи могут различаться в зависимости от технологии ее изготовления. Наиболее известны слабые связи типа точечного контакта, туннельного перехода и мостика. На рис. 1.4 показаны некоторые практические конструкции сквидов. На высокочастотном сквиде непосредственно устанавливают сверхпроводящую входную катушку и высокочастотную катушку колебательного контура управляющей электронной схемы. Применяются и более сложные конструкции сквидов, в том числе многопетлевые, с катушками различных форм и тд. [c.19]

Чаще всего применяют балансировочные пластинки (триммеры), закрепляемые в фиксированном положении при первоначальной грубой балансировке или перемещаемые при помощи регулируемых штоков, которыми можно манипулировать во время работы сквид-магнитометра для более тонкой его настройки. Схема такого устройства для балансировки градиометра второго порядка показана на рис. ]. 24. Три маленькие сверхпроводящие пластинки, плоскости которых перпендикулярны осям прямоугольной системы координат, могут устанавливаться в нужное положение относительно плоскостей катушек градиометра. Пластинки, параллельные оси катушек, расположены у кромки одной из катушек и могут сдвигаться вверх или вниз, чго приводит к ожлонению соответствующих поперечных компонент магнитной индукции, заставляя ее проходить через катушку сверху или снизу. Этим корректируется погрешность в расположении плоскости катушки по отношению к оси градиометра. Для корректировки различия в площадях катушек нужно поместить третью пластинку (перпендикулярную оси градиометра) в соответствующее положение между приемной и средней катушками. Тем самым уменьшается чувствительная площадь ближайшей катушки. Таким образом регулируется эффективное значение произведения числа витков на площадь катушки и достигается нечувствительность градиометра к равномерному осевому полю. Балансировка градиометра второго порядка по отношению к осевому градиенту поля осуществляется изменением баэы для одной из пар состав- [c.51]

В магнитометре используется сквид в форме сверхпроводящего кольца двухдырочного типа, показанный схематически на рис. 1.25, а. В массивном блоке из сверхпроводящего металла цилиндрической формы, срезанном с двух сторон по плоскостям, имеются два симметричных цилиндрических отверстия с осями, параллельными оси блока. В одном из отверстий помещается входная катушка сквида /.вх> которой подсоединяется измерительная катушка (простая или с градиометрической структурой), в другом отверстии - высокочастотная катушка (катушка накачки, или просто катушка сквида) вч- стенке между цилиндрическими отверстиями имеется прорезь. На одной стороне прорези установлен ниобиевый винт со специально обработанным за-остроенным концом, имеющим радиус закругления 1 мкм, который упирается в шайбу, установленную на противоположной стороне, образуя точечный контакт. При биомагнитных измерениях совместно со сквид-датчиком применяется симметричный градиометр второго порядка с диаметром катушек 2,7 и базой 4,5 см (общая длина градиометра 9 см). [c.53]

Создание магнитометров со сверхпроводящими квантовыми интерфе-рометрическими датчиками (сквидами) существенно расширило возможности техники измерения магнитного поля. Чувствительность сквид-магнитометров на несколько порядков превосходит чувствительность магнитометрических приборов других типов. На основе этих датчиков были сконструированы магнитометры для измерения магнитных моментов небольших образцов, например стандартных цилиндров из породы при палеомагнитных исследованиях или биологических образцов с малым содержанием магнетита, представляющих интерес с точки зрения биомагнетизма. Измеряя магнитный момент образца без приложения внешнего магнитного поля, мы получаем остаточную намагниченность при наличии же внешнего поля можно определить магнитную восприимчивость образца. С помощью сквид-градиентомет-ров были сняты магнитные кардио- и энцефалограммы, причем для этого нужно было зарегистрировать индукцию поля порядка нескольких фемтотесла (микрогамм) [c.147]

По характеру поведения в магнитном поле сверхпроводники подразделяются на две группы. К первой группе, называемой сверхпроводниками первого рода, относятся мягкие металлы-такие как свинец, олово и ниобий, с температурами перехода, не превышающими 9 К. В сверхпроводниках первого рода наблюдается полное выталкивание потока в полях, меньших критического Н , которое обычно не превышает 1 ООО Гс. К сверхпроводникам второго рода относятся механически более твердые материалы-в основном сплавы и различные соединения. Для них значения критических полей выше-до 10 Гс, а температура перехода достигает 21,5 К. В этих материалах поток полностью выталкивается только в том случае, если внешнее поле не превосходит нижнего критического значения которое составляет 10 Гс. При больших полях магнитный поток начинает проникать внутрь образца, который, однако, продолжает сохранять сверхпроводящие свойства, пока поле не достигнет верхнего критического значения Я 2- Здесь сверхпроводимость исчезает, и металл переходит в обычное состояние. Сверхпроводники первого рода используются в случаях малых значений поля для магнитного экранирования, например в магнитометрах, применяющихся для исследования горных пород (см. ниже). В случае сильных магнитных полей необходимо применять сверхпроводники второго рода. Большинство сквидов также изготавливается из этих материалов, обычно из нагартованных ююбия или сплава ниобий-титан. [c.149]

Высокочастотный сквид состоит из сверхпроводящего кольца или петли с индуктивностью L, которое прервано контактом Джозефсона, называемым иначе слабым звеном . В ранних экспериментальных работах слабое звено получали различными способами нанося каплю припоя на кусочек проволоки, делая пропилы специальной формы в цилиндрической пленке и т.д. Основными факторами, определяющими качество сквида, являются его индуктивность, возможность эффективной и контролируемой связи с внешним магнитным потоком, стабильность характеристик. Эти факторы зависят от геометрии датчика. Мы опишем две конструкции датчика-мостик Дайема (ВауЬет) и точечный контакт, которые чаще всего использовались в магнитометрах, обсуждающихся в данной главе. Обе эти конструкции не являются контактами Джозефсона в строгом смысле, однако сквиды и с этими типами переходов имеют на выходе сигнал, который является периодической функцией внешнего магнитного поля В. [c.157]

Все известные в настоящее время сверхпроводящие материалы, из которых могут быть изготовлены сквиды и трансформаторы потока, имеют критическую температуру около 10 К . Со временем будут разработаны микрорефрижераторы, которые избавят исследователей от неудобств, связанных с использованием хладагентов. Однако в настоящее время для охлаждения сверхпроводящих частей сквид-магнитометра приходится использовать жидкий гелий. Из-за очень низкой теплоты испарения жидкого гелия (для испарения 1 л жидкого гелия в сутки требуется мощность всего 28 мВт) гелиевый дьюар должен обеспечивать достаточно эффективную теплоизолящ1ю хладагента, а части прибора, помещенные в жидкий гелий, не должны выделять слишком много тепла. Необходимо минимизировать и количество тепла, поступающего по проводам и деталям конструкций. [c.170]

Была сделана успешная попытка увеличить период автономной работы рок-магнитометра (см. разд. 4), в котором приемные катушки заключены в сверхпроводящий экран, снабдив его небольшим рефрижератором для охлаждения до 15 К теплового экрана, окружающего резервуар с жидким гелием. Такая система, созданная фирмой 2-G Enterprises, обеспечивает непрерывную работу магнитометра с гелиевым дьюаром объемом 100 л в течение более чем 500 сут. [c.181]

Магнитометрические системы для проведения геофизических исследований образцов размерами до 5-10 см при комнатной температуре в полях, меньших 10 Тл, в объеме, экранированном сверхпроводящим экраном. Такие приборы иногда называют рок-магнитометрами (от англ. ro k-скала). [c.182]

Для магнитометров, использующихся в геофизике, приняты две основные конфигурации система со сквозным рабочим каналом, вертикальным или горизонтальным, и система с вертикальным каналом, открытым только с одной стороны. Конструкция приборов для измерения магнитной восприимчивости аналогична конструкции вертикальных магнитометров, но включает еще и сверхпроводящий соленоид. Во всех этих приборах используются в принципе одинаковые ВЧ- и ПТ-сквиды и элек гроника с небольшими модификациями, облегчающими их применение в конкретных случаях. Показания магнитометра могут быть представлены в аналоговом и цифровом виде их можно записать, например, на магнитную ленту и передать на компьютер по стандартному интерфейсу. [c.187]

Некоторые усовершенствования в описанную схему устройства магнитометра для геофизических измерений были внесены фирмой Super ondu ting Te hnology In . (pij . 4.16, Б). Они заключались в размещении сверхпроводящего экрана и датчиков в объеме, заполненном теплообменным газом (Не при давлении несколько микрометров ртутного столба), что позволяет контролировать тепловую связь между резервуаром с жидким гелием и измерительным блоком магнитометра и, в частности, нагревать экран выше критической температуры, не вынимая [c.188]

Развитие измерительной техники за последние десять лет привело к появлению ряда новых областей исследования в палео- и биомагнетизме. Одним из таких технических достижений была разработка и организация серийного производства магнитометров на основе сверхпроводящего квантового интерферометрического датчика-сквида, позволяющего измерять малые магнитные поля - в сто раз меньщие, чем это было возможно раньще. Такое улучшение чувствительности позволило палеомагнитологам исследовать остаточный магнетизм осадочных пород и значительно расширило географический и хронологический охват палеонтологического материала. Сквид-магнитометры открыли новые возможности также в психологии и медицине. [c.263]

Смотреть страницы где упоминается термин Магнитометр сверхпроводящий: [c.517] [c.17] [c.266] [c.9] [c.148] [c.150] [c.154] [c.159] [c.165] [c.204] [c.210] [c.130] [c.196] [c.289] [c.9] [c.148] [c.150] [c.154] [c.159] [c.165]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология