Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
электромагнитного датчика силы [139]:
1 - соленоид; 2 - датчик поля; 3 - образец; 4 - фарфоровый стержень; 5 -
наушник; 6 - электрический и магнитный экраны; 7 - микрометрический винт;
8,9- дифференцирующая и интегрирующая ЯС-цепи; 10 - осциллограф
Рис. 4.18. Установка для измерения магнитного момента вещества в
импульсных магнитных полях пондеромоторным методом с использованием
пьезоапемента как датчика силы [ 140]:
1 - образец; 2 - датчик поля; 3,9 - кварцевые трубки; 4,7 - цанги; 5, 6 -
биморфные пластины из титаната-цирконата свинца; 8, 11 - электрический и
магнитный экраны; 10 - микрометрический винт; 12 - усилитель; 13 -
осциллограф; 14 - пассивный интегратор; 15 - обмотка соленоида; 16 -
каркас соленоида
керамики ЦТС-19 (рис. 4.18). Пондеромоторная сила, действующая на
образец, передавалась по стержню к датчику, на котором возникала разность
потенциалов.
В обоих случаях образец окончательно устанавливался внутри соленоида с
помощью микрометрического винта, при этом рабочая точка выбиралась на
некотором расстоянии от центра соленоида. Положение самого центра
определялось по нулевому сигналу датчика. Чувствительность метода тем
больше, чем дальше от центра соленоида расположен образец и чем выше
градиент поля. Однако с ростом последнего увеличивается неоднородность
поля на образце, а следовательно, и погрешность определения магнитного
момента. Практически для обеспечения не более чем 10%-ной погрешности
измерений перепад поля на образце
125
не должен превышать 1 %. Из этого условия выбирают рабочую точку в данном
методе.
В последние два десятилетия пондеромоторный метод оставался "в тени" по
сравнению с индукционным методом измерения намагниченности. Дело в том,
что при типичных значениях Вт и т0о(30-50 Тли 0,1 - 10 мс)
чувствительность первого метода меньше, так как не удается добиться
одновременно и хорошей динамической характеристики измерительной системы,
и достаточной механической жесткости конструкции датчика. Последнее
необходимо для уменьшения наводок, обусловленных тряской соленоида во
время импульса поля.
В настоящее время наметилась тенденция к созданию установок, способных
генерировать поля с Вт = 40 -г 50 Тл и т0 0 = 0,1 т 1 с. В таких условиях
на механическую часть измерительной схемы накладываются уже менее жесткие
ограничения, и чувствительность пондеромоторного метода может стать
сравнимой или даже превзойти чувствительность индукционного метода
измерения намагниченности. Поэтому вполне вероятно, что в скором времени
экспериментаторы вернутся к использованию пондеромоторного метода при
измерении магнитных характеристик веществ в СМП.
При измерении намагниченности в СМП необходимо подчас учитывать и наличие
магнитокалорического эффекта, т.е. изменение температуры вещества при
намагничивании, обусловленное адиабатическим, как правило, характером
процесса намагничивания. Этот эффект вызван изменением намагниченности в
магнитном поле и поэтому не зависит от размеров образца. Изменение
температуры образца при магнитокалорическом эффекте описывается
выражением [141]
где сн - теплоемкость вещества при постоянном магнитном поле в расчете на
единицу объема; М - намагниченность вещества; Я -напряженность магнитного
поля. Даже в области гелиевых температур изменение температуры
исследуемого образца может достигать нескольких градусов при
намагничивании в полях с Вт = 10 -г 50 Тл [142,143]. Магнитокалорический
эффект особенно велик для парамагнетиков [33], а также при наличии в
исследуемом веществе метамагнитного фазового перехода [144]. Это требует
учета изменения температуры образца во время импульса поля при
интерпретации экспериментальных данных.
Радикальным путем решения этой проблемы может быть лишь увеличение
длительности импульса поля с целью приближения условий намагничивания к
изотермическим.
4.3.3. Импульсная спектроскопия в миллиметровом и субмиллимет-ровом
диапазонах длин волн электромагнитного излучении. Современные физические
исследования динамических электромагнитных свойств 126
.(4-12)
вещества проводятся в широком диапазоне длин волн электромагнитного
излучения и индукции приложенных магнитных полей. При измерениях в
импульсных СМП (В > 10 Тл) использование обычного для экспериментов в
постоянном поле металлического резонатора с большой добротностью
затруднительно из-за очень высокого уровня вибрационных помех,
возникающих вследствие взаимодействия индуцированных в стенках резонатора
электрических токов с вызвавшим их магнитным полем. Поэтому импульсные
спектрометры содержат, как правило, только широкополосные элементы, имеют
меньшую добротность, но зато помехоустойчивы и позволяют проводить
эксперименты в широком частотном интервале [145].
В экспериментах с использованием СМП применяют спектрометры
отражательного или проходного типа. В первом случае ВЧ- или СВЧ-иэ-
лучение от генератора подается по металлическому или диэлектрическому
волноводу к образцу, закрепленному на закорачивающей волновод
