Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
Дьюары, предназначенные для работы со сквид-системами, должны удовлетворять многим специальным требованиям, чтобы вносимые ими помехи были минимальны. Ниже обсуждаются некоторые из этих требований, показывающие, как трудно проектировать такие системы.
Во-первых, по возможности нужно устранить источники магнитных шумов. Вихревые токи, термо-ЭДС, тепловые шумовые токи-все это может приводить к появлению побочных магнитных полей на приемной катушке магнитометра. Вакуумная оболочка дьюара, суперизоляция и сосуд для гелия должны быть сконструированы так, чтобы подавить указанные эффекты.
Другим важным фактором, обеспечивающим надежную работу сквид-системы, является правильное экранирование от высокочастотных помех. Для этого обычно между приемной катушкой и сквидом помещают специальный трансформатор и/или устанавливают высокочастотный металлический экран, закрывающий всю приемную часть при-
бора. Применение трансформатора наиболее эффективно, но при этом коэффициент связи внешнего поля со сквидом, а следовательно, и предельная чувствительность прибора уменьшаются в 2-3 раза. Достаточно эффективными могут быть и металлические экраны. Например, если изготовить сосуд для гелия и горловину из металла, то было бы обеспечено прекрасное экранирование, но в такой конструкции могут возникать сильные вихревые и тепловые токи. При соблюдении необходимых мер предосторожности подобная техника экранирования может все же дать удовлетворительные результаты, особенно когда она применяется в стационарных магнитометрах, но для использования в градиентометрах она непригодна. В дьюарах с высокочастотными экранами все электровводы должны быть снабжены высокочастотными фильтрами, иначе помехи, подводимые по проводам, идущим внутрь дьюара, сведут на нет действие экранов.
Поскольку характеристики сквида и намагниченность различных деталей сквид-магнитометра зависят от температуры, очень важным становится вопрос о термостабилизации системы. Температура сквида определяется прежде всего давлением паров над ванной с жидким гелием (White, 1979, р. 307). В связи с этим дьюары, предназначенные для работы в полевых условиях, необходимо оборудовать клапанами, которые облегчали бы стабилизацию температуры, а также предотвращали образование пробок в горловине и возникновение других отрицательных эффектов, описанных ниже. Наиболее распространенный так называемый клапан абсолютного давления (фирма Tavco, Inc., Scott et al., 1968, p. 203) поддерживает давление на уровне атмосферного с точностью ± 0,03 атм, что соответствует диапазону изменения температуры ванны с жидким гелием + 40 мК вблизи 4,2 К. Случайные изменения температуры могут приводить к появлению помех как из-за непосредственного влияния на характеристики самого сквида, так и вследствие парамагнетизма материалов, из которых выполнены сосуд для гелия, каркас приемных катушек и т. п. Эксперименты показали, что изменение магнитного потока в ПТ-сквиде, вызванное изменениями температуры, составляет от 5 • 10 3Ф0/К до 0,ЗФо/К (Clarke et al., 1975). Этот результат авторы объясняют зависимостью от температуры критического тока и парамагнитных свойств материала сквида, а также связанными с перепадами температуры флуктуациями магнитного потока. Для «типичных» сквид-магнитометров изменение магнитного потока в приемной катушке на один квант (Ф0) соответствует изменению поля примерно на 10 ~6 Гс. Следовательно, нестабильность температуры жидкого гелия в диапазоне ± 40 мК, допускаемая стандартным клапаном абсолютного давления, будет порождать сигнал, соответствующий полю + 10”8 Гс. Сходные температурные характеристики, зависящие от вида контакта, настройки и особенностей конструкции датчиков, имеют и ВЧ-сквиды.
С помощью специальных регуляторов флуктуации температуры могут быть уменьшены в 1 000 раз. Один из регуляторов, сконструированный для переносной сквид-системы, описан в работе Gamble et al., 1978.
Шумы могут возникать и из-за изменений с температурой свойств конструкций из диа- и парамагнетиков, расположенных вблизи сквида и приемных катушек. Температурная зависимость магнитной восприимчивости % парамагнетика, как известно, задается соотношением
X = Хо + С/Т,
где Хо" не зависящая от температуры составляющая, С-константа Кюри, Т-абсолютная температура. Следовательно,
d%/dT= - С/Т2,
а изменение магнитного момента парамагнетика dm, вызванное изменением температуры dT, составляет
dm = — (CM/T2)HdT,
где М-масса парамагнитного образца, Я-внешнее магнитное поле. Сведения о магнитной восприимчивости конструкционных материалов, используемых в криогенике, содержатся в многочисленных публикациях справочного характера (Salinger, Wheatley, 1961; Ginsberg, 1970; Prober, 1975).
Таким образом, флуктуации температуры в сквид-системе могут приводить к существенным магнитным помехам. К счастью, характерные частоты таких флуктуаций благодаря работе регулятора давления весьма пизки (порядка 0,1 Гц) и могут лежать вне диапазона исследуемых частот. Далее, из-за малой теплопроводности жидкого гелия распределение температуры в этой жидкости весьма неоднородно, так что почти половина флуктуационного изменения температуры может приходиться на тонкий слой вблизи поверхности. Особенно четко такой эффект наблюдается в отсутствие механических возмущений жидкости и при повышенном давлении паров.
