Магнитометр

3. Магнитометр.

 

 Магнитометр - прибор на основе джозевсоновских переходов, применяющийся для измерения магнитного поля и градиента магнитного поля. В магнитометрах используются СКВИДы 2х типов: на постоянном токе и переменном. Рассмотрим магнитометр на СКВДах постоянного тока.

I

A B U

 

переходы

джозефсоновские

Если к такому кольцу приложить поле, то оно будет наводить в кольце циркулирующий сверхпроводящий ток. Он будет вычитаться из постоянного тока I в А и складываться в В. Тогда максимальный ток кольца зависит от магнитного потока Ф и равен: I_c – ток кольца, Ф₀ – квант потока, Ф – захваченный поток. При этом R – сопротивление перехода, l – индуктивность кольца. DU – достигает нескольких микровольт и может быть измерена обычными электронными приборами.

I I_max

nФ₀

(n+1/2)Ф₀

 U n

Рисунок слева: ВАХ сверхпроводящего кольца с 2-мя джозевсоновскими переходами.

Рисунок справа: Зависимость I_max от внешнего потока

n – число квантов потока пронизывающих контур.

Техническая реализация магнитометров на СКВИДе на постоянном токе с 2-мя тунельными переходами.

Кварцевая трубка

Полоска из Pb

 Платиновый электрод

Pb

Джозефсоновские

переходы

 Платиновый электрод

Контур СКВИДа

 образован цилиндрической

пленкой из Pb нанесенной на кварцевый цилиндр

длинной 18 мм с наружным диаметром 8мм, а

внутренним 6мм.

Описанная здесь конструкция яв-

2 мм ляется датчиком включенным в электри-

ческую схему, обеспечивающую изме-

рение и индикацию отклика датчика

1.5мм на изменение внешнего магнитного

поля. Такая система представляет со-

600нм 600нм бой магнитометр.

20 нм

4. Сверхпроводящий материал – соединение Nb₃Sn.

 

Соединение Nb₃Sn имеет Т_к=18.2К и Н_к2=18.5 МА/m (m₀Н_к=23Тл) при 4.2К. Благодаря таким параметрам можно получить джозефсоновские переходы чувствительные как к малым полям  10^-17Тл, так и к изменению больших полей »1Тл. Соединение имеет такую решетку: атомы ниобия расположены в местах, занятых  на рисунке и образуют со своими ближайшими соседями три цепочки, перпендикулярные друг – другу:

 

Nb

Sn

Атомы ниобия в этих цепочках связаны дополнительными ковалентными связями. Цепочки ниобия в кристаллической структуре, для получения сверх проводящих свойств не должны быть нарушены, что может произойти при избытке атомов олова или при недостаточной степени порядка в кристаллической решетке. Диаграмма фазового равновесия системы Nb-Sn приведена на рисунке:

t^oC

2500

a+ж 2000

2000

a Ж

1500 Nb₃Sn₃

a+Nb₃Sn 910-920

1000

Nb₃Sn 840-860

500 805-820 NbSn₇  232-234

Nb 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90  100 Sn
Соединение Nb₃Sn хрупко и изделие из него не могут бать получены обычным металлургическим путем, т.е. выплавкой с последующей деформацией. Массивные изделия из этого соединения: цилиндры, пластины и т.д. получают, как правило, металлокерамическим методом, т.е. смешивая в соответствующих пропорциях порошки ниобия и олова, прессуя изделия нужной формы и нагревая их до температуры образования химического соединения Nb₃Sn, обычно в интервале 960-1200^O.