Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
1899) не учитываются остаточная намагниченность и зависимость от магнитного поля магнитной проницаемости, которая значительно уменьшается при малых полях (рис. 8.7) из-за того, что падает доля
Рис. 8.7. Зависимость индукции В и восприимчивости ц от внешнего поля Н для трансформаторной стали 24-го калибра марки М22, FP, применявшейся одним из авторов для обшивки экранированных комнат. Стрелками указано примерное значение напряженности геомагнитного поля (0,5 Э). Данные представлены фирмой-изготовителем (U.S. Steel).
магнитных доменов, моменты которых ориентированы вдоль поля. Известно (см., например, Kittel, 1966), что эта доля определяется функцией Ланжевена L(a) = cth(a) — 1/a, аргумент которой равен отношению магнитной потенциальной энергии домена MB к тепловой энергии кТ, т. е. a = MB/кТ. При уменьшении В функция L(a) стремится к нулю и соответственно проницаемость ц падает. Таким образом, используя формулы, приведенные в работах Wills, 1899 и Patton, 1967 для расчета многослойных экранов, нужно учитывать, что все слои находятся в разных внешних полях и вследствие этого имеют разные значения проницаемости.
То обстоятельство, что расчеты экранов в довольно грубом приближении дают сравнительно хорошие результаты, может показаться счастливой случайностью. К тому же возникает вопрос: почему не происходит перекомпенсации экранируемого поля, т. е. почему поле внутри экрана не может иметь направления, противоположного внешнему полю? К сожалению, в рамках этой главы мы не можем дать количественные ответы на эти вопросы.
Однако качественно можно объяснить, почему характеристики правильно изготовленных экранированных комнат соответствуют приближенным расчетам. Доменная структура материалов с высокой проницаемостью и малой остаточной намагниченностью легко перестраивается в соответствии с локальным направлением поля. В таких ма-
териалах, как трансформаторная сталь, доменная структура не столь подвижна, особенно в малых полях. Но даже небольшие воздействия, например постукивание, нагревание или наложение переменного поля размагничивающей катушки (рис. 8.6), позволяют системе доменов перейти в состояние с минимальной энергией, т. е. состояние, в котором она находилась бы, если бы материал был очень магнитно-мягким и не обладал остаточной намагниченностью. Таким образом, материалы с остаточной намагниченностью могут вести себя при экранировании подобно материалам без остаточной намагниченности и с большой проницаемостью.
Этим же объясняется и тот факт, что в случае специально подготовленных материалов достигается более высокая степень экранирования, чем следует из формул типа (5) и из измерений проницаемости. При таких измерениях обычно регистрируется только проницаемость, соответствующая подвижной подсистеме доменов. А поскольку в процессе подготовки материала под внешним воздействием перестраиваются почти все домены, а не только самые подвижные, то и эффективная проницаемость будет выше измеренной обычным способом. Так, в описанном ранее эксперименте с листом трансформаторной стали размерами 66 х 71 х 0,062 см мы получили коэффициент экранирования около 35, в то время как по спецификации изготовителя (рис. 8.7) в поле, равном полю Земли, эта сталь имеет проницаемость ц = 3 ООО, так что расчет по формуле (5) дает коэффициент экранирования, равный 2,5. Такие же различия наблюдались и для внешних слоев экранированной комнаты в Окленде. Приближенная формула Пэттона (Patton, 1967) для коэффициента экранирования S, получаемого с помощью листа с проницаемостью ц, толщиной t и максимальным размером L, имеет вид
S = 1 + 1,34 цг/L.
Отсюда при г = 0,124 см, L= 3,0 м и ц = 3000 (трансформаторная сталь в поле Земли, равном 50000 нТл, рис. 8.7) получаем S = 2,7. Измеренный сразу после изготовления этой комнаты коэффициент экранирования S оказался равен 6, поле внутри комнаты при этом было равно 8 500 нТл. После механического воздействия (постукивания молотком по стенкам) внутреннее поле упало до 2 900 нТл, что соответствует эффективному значению проницаемости 28 000, существенно превосходящему все величины, полученные при непосредственных ее измерениях. Это еще раз указывает на очень важную роль эффектов остаточной намагниченности при использовании трансформаторной стали для экранирования.
3. Конструирование магнитоэкранированных комнат
Многие из обсуждавшихся в этой главе приемов конструирования и изготовления магнитных экранов уже использовались другими экспериментаторами. Так, о возможности создания эффективных экранов из
гонких листов электротехнической стали сообщалось в работе Patton, 1967. Мы чаще всего используем двухслойный экран с расстоянием между слоями 25-30 см. Каждый слой состоит из двух наложенных друг на друга листов трансформаторной стали толщиной 0,062 см, так что общая толщина слоя составляет 0,124 см. Коэффициент экранирования мы обычно оцениваем по формулам, приведенным в работе Patton, 1967. Каркас комнаты изготавливаем из дерева, но при этом всегда заботимся о том, чтобы и остальные детали конструкции были немагнитны, естественно, за исключением самой экранирующей стальной обшивки. Например, каркас мы сколачиваем алюминиевыми гвоздями, а листы привинчиваем друг к другу и к каркасу латунными винтами.
