Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 4.11. Сверхпроводящий экран. Внешнее поле направлено навстречу оси z. Справа показаны силовые линии индуцированного поля, а слева распределение разностного поля (разность внешнего и индуцированного полей) внутри экрана.
ная-в 362 = 1,3 -103 раз. В такой же степени ослабляются и изменения поля.
Способность сверхпроводящего экрана, в котором произошел переход в сверхпроводящее состояние, захватывать магнитное поле иногда используют для проведения измерений при фиксированных значениях поля. Нужно отметить, что эффект Мейснера, на котором основано применение сверхпроводников для магнитного экранирования, т. е. выталкивание магнитного потока из сверхпроводника, составляет всего 10-20% для свинца и ниобия обычной чистоты (99,9-99,99%). Поскольку объем сверхпроводящего материала экрана очень мал по сравнению с объемом экранируемой полости, то изменение поля при его захвате может составлять менее 1%. После того как экран перешел в сверхпроводящее состояние, все другие способы поддержания и регулировки магнитного поля, такие как использование ферромагнитных экранов, катушек Гельмгольца или соленоидов, становятся излишними, а захваченное поле будет оставаться постоянным до тех пор, пока
сохраняется сверхпроводимость экрана. Описанный способ магнитного экранирования позволяет проводить очень чувствительные измерения в обычных лабораторных условиях.
3. Криогенное обеспечение
Все известные в настоящее время сверхпроводящие материалы, из которых могут быть изготовлены сквиды и трансформаторы потока, имеют критическую температуру около 10 К1. 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 теплоизоляцию 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.
На рис. 4.12 схематически изображен вертикальный дьюар, обычно используемый в сквид-системах. Эффективность такого Дьюара определяется подводом тепла к объему, содержащему гелий. Поток подводимого тепла состоит главным образом из двух компонент: потока по трубе, на которой висит сосуд для гелия, и потока через вакуумное пространство. В поток по трубе вносят вклад тепловое излучение, тепловой поток по стенкам трубы и по газообразному гелию, заполняющему трубу, включая конвекционную теплопередачу, а также поток тепла по проводам и тепловым экранам, опирающимся на ту же трубу. Теплопередача через вакуумное пространство, окружающее гелиевый объем, осуществляется как за счет излучения между слоями термоизоляции, так и за счет прямой передачи тепла в точках соприкосновения слоев с разной температурой. Существенный подвод тепла может возникать за счет наличия остаточного газообразного гелия в вакуумном пространстве. Для уменьшения этого компонента используют специальную глубокую откачку крионасосом. Проблемы, связанные с диффузией гелия в вакуумное пространство дьюара, более подробно обсуждаются ниже.
Большие технические возможности заложены в использовании значительной теплоемкости газообразного гелия, испаряющегося с поверхности жидкого гелия. Удельная теплота нагревания газообразного гелия от 4,2 К до комнатной температуры примерно в 75 раз превосходит теплоту испарения (Long, Loveday, 1968, p. 284). В этом разделе
1 Недавно были открыты сверхпроводящие керамики с критическими температурами, превосходящими 100 К -Прим. перев.
Вход в горловину с внутренним диаметром 5 см
20
30
37
72см
20
Верхний Фланец
Высокий
вакуум
Жидкий
гелий
/
-15-
-25
Л
is— Вакуумное J уплотнение
- Внешняя ОБОлочка
Охлаждаемые тепловые экраны Ц50К
-50 К
Овмотка из алюминизированного майлара с прокладками между слоями -—40 слоев
-10 слоев 6 слоев
Рис. 4.12. Устройство дьюара с золяцией.
вертикальным рабочим каналом и супери-
описано несколько способов использования холодного газообразного гелия для уменьшения подвода тепла к объему с жидким гелием.
Ниже мы дадим обзор технических требований и приемов, использующихся при конструировании коммерческих сквид-систем.
3.1. Теплопередача путем теплопроводности
Самую существенную компоненту потока тепла, обусловленную наличием газа между стенками дьюара, можно сравнительно легко уменьшить, откачав этот объем. Очень эффективна криогенная откачка с
помощью какого-либо адсорбента (скажем, активированного угля), контактирующего с поверхностью, находящейся при температуре жидкого гелия. Это позволяет снизить давление на несколько порядков и поддерживать его на достаточно низком уровне даже при наличии небольших течей. Давление между стенками дьюара при комнатной температуре не должно превышать 10 мкм ртутного столба.
