Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
Ет ос $т(2яФ/Ф0).
(21)
И’
использованию схем установки на нуль с постоянной времени порядка микросекунд удалось значительно расширить динамический диапазон. При этом производится подсчет числа актов достижения нуля, т. е. числа вошедших или покинувших кольцо сквида квантов потока. На краю динамического диапазона прибора такой подсчет идет с максимальной возможной скоростью.
2.5. Связывание внешнего поля со сквидом с помощью трансформатора потока
Размеры кольца сквида определяются следующими соотношениями между его индуктивностью Ls, максимальным значением критического тока (с тах и рабочей температурой. Во-первых, выходной сигнал сквида зависит от амплитудной модуляции Aic критического тока магнитным потоком в кольце, и оптимальные условия достигаются, когда
/Л~Ф0- (22)
При этом Л/с имеет тот же порядок величины, что и /с тах. Во-вторых, энергия кванта потока в кольце сквида должна быть больше энергии тепловых флуктуаций, т. е.
Фо/Ь5 > кТ, (23)
где к - постоянная Больцмана (1,38-10 23 Дж/К), Г-температура. При Т= 4 К условия (22) и (23) дают для критического тока значение порядка нескольких микроампер, а для индуктивности Ls- значения порядка 10*9 Гн или меньше.
Кольцо сквида с такой индуктивностью имеет диаметр 1-2 мм, поэтому при проектировании магнитометров возникает задача оптимизации связи измеряемого магнитного поля с датчиком довольно малых размеров, которую обычно решают одним из трех способов. Оптимальную связь датчика с магнитным потоком, создаваемым образцом, обеспечивает первый способ (рис. 4.9, А), при котором образец помещают непосредственно в кольцо сквида. Правда, этот способ применим только для исследований небольших образцов при температуре жидкого гелия. Второй способ (рис. 4.9, ?), когда образец помещают как можно ближе к сквиду и измеряют магнитный поток рассеяния, дает худшую связь магнитного потока от образца с датчиком. К тому же эта связь сильно зависит от положения образца. Чаще всего используется третий способ (рис. 4.9,Я)-связь с помощью трансформатора потока.
Широкое применение трансформаторов потока объясняется главным образом их универсальностью. Выбирая те или иные конструкции приемных катушек трансформатора, можно удовлетворить требованиям очень широкого круга экспериментов. На рис. 4.10 показана типичная конфигурация приемных катушек магнитометра, образующих вместе с
Приемная
катушка
Рис. 4.9. Способы введения измеряемого магнитного потока в сквид. А. Образец находится внутри петли сквида, Б- образец находится со сквидом, В-связь осуществляется через трансформатор потока.
сигнальной катушкой трансформатор потока, связанный со сквидом. Поскольку трансформатор потока при работе прибора находится в сверхпроводящем состоянии, его функция заключается в передаче изменений потока в кольцо датчика; этим он отличается от измерительной катушки индукционного магнитометра, ЭДС которой пропорциональна производной потока по времени (Ф). Трансформатор можно рассматривать также как малошумящий концентратор потока. Поля и потоки в рассматриваемом случае несложно рассчитать, учитывая, что фактически трансформатор потока представляет собой замкнутую петлю из сверхпроводника, поток в которой постоянен, т. е.
iV1A®1 + (L1+L2)/, = 0. (24)
Здесь N1- число витков в приемной катушке 1, изменение магнитного потока через катушку 1, Ll и L2 индуктивности приемной и
сигнальной катушек, 1{ ток, индуцируемый при изменении потока в
приемной катушке. Изменение ДФ8 потока в сквиде, обусловленное изменением потока в приемной катушке, определяется формулой
ДФ S = MI.„ (25)
и---.
1ши 1 ,
1
1
CF-=) ! ;
пллг 1 ,
1 1
1 ,
Z
иши>^
(ЕВ .
ПЛЛП4
Сквид
Т^Сигнальная катушка
Приемные катушки в / конфигурации ' Гельмгольца
Рис. 4.10. Схема входных цепей сквид-магнитометра.
где М - взаимоиндукция кольца сквида и сигнальной катушки 2. Используя соотношение (24), формулу (25) можно представить в виде
ДФ.^МЛ^А^+^ЯДФ,. (26)
Здесь под L2 подразумевается индуктивность сигнальной катушки в положении in situ, т. е. когда эта катушка находится в полости сквида. Индуктивность той же катушки, находящейся в свободном пространстве, L2FS несколько отличается от L2, а именно L2 = L2FS(1 — fc2)1/2, где к определяется соотношением
M = fc(L2Ls)1/2. (27)
Поскольку коэффициент взаимоиндукции к обычно не превышает 0,6, то увеличение индуктивности сигнальной катушки из-за связи со сквидом составляет не более 25%.
Значение индуктивности L2 можно выбрать так, чтобы поток, передаваемый трансформатором на сквид, был максимален. Дифферен-
