Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
540 ^вч/<*Фя=(“/*)№н/?)1/а.
где а) — частота накачки, к — коэф. связи контура со С. (оптимален к, для к-рого Ie1Q S 1). Для ВЧ<1. типичны значения коэф. преобразования 20—50 мкВ/Ф0.
Для увеличения отношения сигнал/шум и линеаря* зации коэф. передачи прибора в схемах ВЧ-С. также применяется дополнит. НЧ-модуляция на частотах 10— 50 иГц и отрицательная обратная связь по магн. потоку.
Обычно измеряемый магн. поток через кольцо С. создаётся током Ix во входной или сигнальной катушке с индуитивностью Lc^ 1—10 мкГн [Фх = MIx, где M = Ac(LcL)1/* — взаимная индуктивность сигнальной катушки и иольца С., a Ac — коэф. связи].
Предельная чувствительность С. разл. типа характеризуется т. н. энергетич. чувствительностью:
B=(LcZn) j 2=Фn/2Llfcc (Дж/Гц), выраженной через спектральную плотность мощности
л2
эквивалентного шумового потока Ф илн шумового
,а _
тока I . Эта величина имеет размерность действия,
поэтому иногда её выражают в единицах h = 1,05*
¦ 10'3* Дж/Гц.
Энергетнч. чувствительность типичных ПТ-С. с L — IO-11 Гн ограничена тепловым шумом резисторов, шунтирующих КД, и равна IO"80—IO"31 Дж/Гц; Для ряда ПТ-С., охлаждённых до T < 1 К, достигнуты рекордные значения е ~ H при измерениях малых переменных Фх ~ 0,01 Ф0 на частотах 100—200 кГц, где не сказывается шум вида 1//.
Минимальный детектируемый сигнал ВЧ-С. определяется суммарными шумами усилителя ВЧ, контура и самого С. В оптимизиров. конструкциях при частоте накачки 20—30 МГц шумы характеризуются энергетнч. чувствительностью е ~ 5 ¦ 10-ав Дж/Гц. Поскольку коэф. преобразования ВЧ-С. растёт с частотой, а собств. шумы падают, выигрыш в чувствительности можно получить, повышая частоту до СВЧ-диапазона (иапр., при f = 10 ГГц получено е — IO-30 Дж/Гц). Однако это приводит к существ, усложнению конструкции прибора.
В маги, поток, измеряемый С., легко преобразовать многие магн. и электрич. величины: магн. поле и его градиенты, магн. момент, ток, напряжение и др. Обычно это преобразование осуществляется с помощью сверхпроводящего трансформатора маги, потока: сигнальная катушка С. образует замкнутый сверхпроводящий контур с приёмной катушкой, непосредственно воспринимающей изменение магн. потока. В силу сохранения потока в этой цепи экранирующий ток «переносит» часть измеряемого потока в сигнальную катушку, связанную с кольцом С.
Чувствительность сверхпроводящих С.-магнитометров достигает 5~ 10* IO'15 Тл/Гц‘/а и определяется уже маги, шумом в тщательно экранированных помещениях. По чувствительности С.-магнитометры превосходят традиц. магнитометры на 2—3 порядка. С.-магнитометры применяются, напр., для нзмерения магнитных полей биологических объектов [8], магннтометрич. исследований в геофизике и геологии [9], измерения магн. восприимчивости веществ и материалов.
Применение С. для измерений электрич. величин позволяет достичь пороговой чувствительности по току IO-12—IO-1* А/Гц1/» при нулевом сопротивлении
сигнальной катушкн. По напряжению чувствительность ограничена тепловым шумом ннзкоомиых (10-4—IO-8 Ому источников сигнала и составляет при иизких темп-рах 10“13—I О-16 В/Гц1/». С.-гальвано метры и С.-вольтметры служат для измерения проводимости и термоэлектрич. эффектов в нормальных и сверхпроводящих металлах. В метрологии С.-гальванометры служат в качестве иуль-индикаторов в эталонных установках, к-рые воспроизводят единицу эдс (Вольт) на основе эффекта Джозеф-
сона н единицу сопротивления (Ом) на основе квантового Холла эффекта (см. Квантовая метрология); шумовой термометр на основе С. используется прн установлении шкалы сверхнизких темп-р [5].
Осн. недостатком С., препятствующим их более широкому распространению, является необходимость охлаждения до уровня гелиевых илн водородных темп-р при применении традиц. сверхпроводящих материалов. Открытие в 1986—87 оксидных высокотемпературных сверхпроводников с Tc ъ 100 К открывает перспективы создания С. при азотных темп-рах [10].
Лит.: I) J а к ] е т і с R, С. и др.. Quantum interference from a static vector potential in a field-free region, «Phys. Rev. Lett.», 1964, v. 12, M 11, p. 274; 2) S і I v e r A. H., Z і m m e r-m a n J. E., Quantum states and transitions in weakly connected superconducting rings, «Phys. Rev.», 1967, v. 157, p. 317; 3) Co-лимар Л., Туннельный эффект в сверхпроводниках и его применение, пер. с англ., М., 1974; 4) Лихарев К. К., Ульрих Б. Т., Системы с джоэефсоновсними контактами, М., 1978; 5) Слабая сверхпроводимость. Квантовые интерферометры и их применения, пер. с англ., М., 1980; 6) В а р о н е А., Патерно Д., Эффект Джозефсона: физика и применения, пер. с англ., М., 1984; 7) Лихарев К. К., Введение в динамику джозефсоновских переходов, М., 1985; 8) Введенский В. Л., Ожогин В. И., Сверхчувствительная магнитометрия и биомагнетизм, М., 1986; 9)Одегнал М., Некоторые нестандартные применения сверхпроводящих квантовых интерферометров — сквидов (обзор), «Физика низких температур», 1985. т. 11, с. 5; 10) T е s с h е С. D., Superconducting magnetometers, «Cryogenics», 1989, v. 29, p. 1135,