Электромагнитные поля в биосфере. Том 1 - Красногорская Н.
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрим далее сверхпроводящие квантовые магнитометры, обеспечивающие измерения слабых МП.
Принцип действия чувствительных элементов сверхпроводящих магнито-и градиентометров основан на одном из квантовых явлений, имеющих место в сверхпроводниках, обычно это эффект Джозефсона. Сверхпроводящий чувствительный элемент находится в криостате с жидким гелием. Создание таких приборов представляет большой интерес для различных физических и медико-биологических исследований.
Сверхпроводящие квантовые магнитометры могут обладать высокой чувствительностью (до IЛСГ® нТл) в динамическом диапазоне от I до 100 мкТл и быстродействием до ЫО-9 с /48,49/. Сднако из-за больших трудностей создания высокочувствительных магнитометров и необходимости достаточно долго поддерживать сверхнизкие температуры в настоящее время известны лишь лабораторные образцы приборов /48,49/.
Разработаны также магнитометры - флюксметры со сверхпроводящими квантовыми интерференционными датчиками, которые обеспечивают чувствительность дс I.2.I0-4 нТл в диапазоне полей от Ю-7 до 10 3нТл /50,51/. Приборы применяются для контроля за стабильностью сверхпроводящих магнитов и для определения магнитной восприимчивости малых образцов (0,15 см3).
Для измерения слабых магнитных полей напряженностью до нескольких' нанотесл применяются квантовые магнитометры, основанные на оптической ориентации моментов атомов, поляризованных резонансным излучением /52-54/. Одним из таких приборов является квантовый магнитометр, принцип действия которого основан на использовании эффекта пересечения (наложения) зеемановских подуровней основного состояния оптически
ориентированных-атомов в сверхслабом МП /52,537- Этот эффект наложения аналогичен эффекту пересечения уровней основного состояния атома в нулевом магнитном поле (эффект Ханле). Возможность практической реализации такого метода рассмотрена в /54/. Одной из основных трудностей создания прибора является обеспечение компенсации внешних магнитных полей. Чувствительность имекщихся в настоящее время магнитометров еще не достигает теоретически возможной дая этого метода (Ю~® нТл)
/547.
Кроме квантовых магнитометров для измерения слабых полей порядка
0,1 нТл применяются магнитометры, основанные на гальваномагнитных эффектах /55,5§7. Разработан магнитометр на основе использования эффекта Холла с датчиком из антимонида индия /557. Пороговая чувствительность прибора составляет 6,54.10-3 нТл /55,567.
Для измерения слабых магнитных полей, напршер МП биообъектов, необходимо иоключить обычно существенно их превышающие МП внешней среды. Эффективность компенсационных катушек и экранов чаото ограничивает возможнооти повышения чувствительности магнитометров и градиентометров, поэтому нам кажется целесообразным привести данные, касащиеся экранов и компеноирующих колец. Для компенсации 1Щ и его вариаций, а также для создания малых однородных МП в небольшом объеме применяются ферромагнитные и сверхпроводящие экраны. В больших объемах компенсация ПИП обеспечивается путем использования экранов и расположенной внутри них системы колец /б,о.2147. Наиболее эффективная компенсация 1Ш была достигнута путем использования многослойных ферромагнитных и сверхпроводящих сферических экранов и компенсирующей системы колец при обеспечении испытаний и калибровки чувствительных магнитометров /57.7. При этих испытаниях учитывалось взаимодействие сферических токовых систем с ферромагнитным э1фаном /58/. В работе /597 рассмотрена возможность компенсации поля рассеяния за пределами системы колец, в объеме которых ооздается однородное поле.
Задача компенсации вариаций Ш1 существенно упрощается при применении автоматических систем питания комиенсирупцих колец, при этом надежнее обеспечивается и стабильность поля. В разработанном во Франции устройстве /BQ7 автоматической компенсации вектора ШП магнитометры управляют током в системе компенсирующих катушек. Это устройство позволяет компенсировать ШП до ЗЛО нТл. В установке для автоматической компенсации поля вариаций, разработанной в США, компенсация поля обеспечивается при помощи замкнутой цепи обратной овязи, основным элементом которой является рубидиевый магнитометр /617-
Итак, в зависимости от необходимости получения абсолютных или относительных данных о 1МП, требований к чувствительности, быстродействию, диапазону измеряемых полей должны быть использованы различные методы измерений. Для абсолютных измерений ШП наиболее пшрсхо используются протонно-прецессионные магнитометры с разрешающей способностью до 0,05 нТл в диапазоне полей от 30 до 80мкТл; у них высо-
кая точность абсолютных измерений, широкий температурный диапазон, отсутствует дрейф нуля, показания магнитометра црактически не зависят от ориентации датчиков. Относительные измерения МП можно выполнять любыми магнитометрами. Магнитостатические магнитометры являются наиболее цростыми и надежными для измерений всех компонент 1Ш. Их чувствительность - до 0,5 нТл/мм (при регистрации пслей с периодами от 3 мин дс суток) и до 0,01 нТл/мм (для полей с периодами от 0,05 до 10 мин ). Индукционные магнитометры применяются для измерений величины и направления компонент ШП (а также и градиентов) с частотами от 0,005 до 1000 1Ъ.Эти приборы дают непрерывный электрический сигнал
