Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
Главную опасность при работе с дьюарами представляет образование пробок из твердого воздуха в трубках, идущих в резервуар с жидким гелием. Эта опасность становится еще более серьезной, если дьюар приходится транспортировать с изменением высоты над уровнем моря. Если в дьюаре с суперизоляцией выход газа заблокирован, то давление в нем будет быстро расти, поскольку из-за прекращения охлаждения тепловых экранов эффективность термоизоляции упадет по меньшей мере в 10 раз. Для транспортировки больших объемов жидких хладагентов часто используют герметичные контейнеры.
Показано, что в герметически закрытом дьюаре с азотным кожухом, первоначально заполненном на 90%, давление в первые 16 ч растет со скоростью примерно 3,5-103 Па в час, а затем скорость возрастает до 2,0-104 Па в час (Scott et al., 1968, p. 166).
В дьюарах с узкой горловиной пробка из твердого воздуха часто выдерживает большее давление, чем стенки резервуара. Однако достаточно прочные стенки могут выдерживать давление, соответствующее температуре 55 К-точке плавления твердого воздуха; в этом случае пробка расплавится и свободный выход газа из дьюара возобновится. При указанной температуре давление газа в резервуаре достигает 18 атм. Опасность, связанную с закупориванием дьюара, можно в значительной
мере уменьшить, снабдив его трубкой для аварийного сброса газа с клапаном высокого давления или клапаном абсолютного давления. Конструкция трубки должна быть такова, чтобы в ней не возникали термоакустические колебания.
3.8. Рефрижераторы
Устройство для поддержания рабочей температуры (в гелиевой области) прибора без использования жидкого хладагента представляется одним из необходимых компонентов оптимальной сквид-системы. В качестве такого устройства можно было бы использовать коммерческие гелиевые ожижители, если бы не ряд недостатков: высокая стоимость (50 тыс. долл. и более), превосходящая затраты на саму сквид-систему, большие размеры и, главное, огромные помехи (на много порядков превышающие уровень шумов сквида), которые из-за наличия движущихся намагниченных деталей такой механизм вносит в работу чувствительной магнитометрической установки.
Была сделана успешная попытка увеличить период автономной работы рок-магнитометра (см. разд. 4), в котором приемные катушки заключены в сверхпроводящий экран, снабдив его небольшим рефрижератором для охлаждения до 15 К теплового экрана, окружающего резервуар с жидким гелием. Такая система, созданная фирмой 2-G Enterprises, обеспечивает непрерывную работу магнитометра с гелиевым дьюаром объемом 100 л в течение более чем 500 сут.
Гораздо более серьезные требования к рефрижератору предъявляются в случае магнитометров и градиентометров, предназначенных для измерения сигналов от внешних источников. Такой рефрижератор должен иметь небольшие размеры, быть легким и создавать минимум магнитных, механических и тепловых шумов.
Для уменьшения помех, возникающих из-за вибраций, передаваемых магнитометру, можно использовать хорошую механическую развязку рефрижератора и сквид-магнитометра. Однако при этом необходим значительно меньший уровень остаточной намагниченности деталей рефрижератора, поскольку развязка приводит к увеличению свободы относительных перемещений указанных компонентов системы. Другой важной характеристикой, определяющей конструкцию рефрижератора для сквид-системы, является время получения рабочей температуры. Здесь также нужен некоторый компромисс между размерами и производительностью рефрижератора, с одной стороны, и предполагаемыми возможностями проектируемой системы-с другой. Идеальной можно считать конструкцию, которая позволила бы охлаждать прибор до рабочей температуры очень быстро, т.е. в течение нескольких минут. Тогда в качестве исходной температуры системы можно было бы принять комнатную температуру. В противном случае, т. е. если время охлаждения системы довольно велико, нужно иметь очень надежный рефрижератор и основываться на температуре, близкой к рабочей.
Обзор состояния разработок небольших рефрижераторов дан в работе Brandt et al., 1979.
4. Конструкции измерительных приборов
В этом разделе мы обсудим особенности конструкции следующих приборов.
1. Магнитометры и градиентометры для измерения магнитных полей образцов, расположенных вне дьюара.
2. Магнитометрические системы для проведения геофизических исследований образцов размерами до 5-10 см при комнатной температуре в полях, меньших 10“ 6 Тл, в объеме, экранированном сверхпроводящим экраном. Такие приборы иногда называют рок-магнитометрами (от англ. rock-скала).
3. Системы для измерения зависимостей от магнитного поля и температуры магнитной восприимчивости сравнительно небольших образцов (характерный размер < 10 мм) в полях до 5 Тл при температурах от 4 до 400 К.
4.1. Магнитометры
К настоящему времени разработано много типов сквид-магнитометров для применения в геофизике (магнитное и магнитотеллурическое зондирование), в медико-биологических исследованиях (получение маг-нитокардио- и магнитоэнцефалограмм), а также для физических исследований. Диаметр приемной катушки в таких приборах обычно лежит в диапазоне от 1 до 5 см. Предельная чувствительность магнитометра зависит от размеров этой катушки, от уровня шумов сквида и от коэффициента связи сквида с внешним магнитным полем. Пользуясь формулой (31), выразим минимальную разрешимую величину изменения внешнего поля АВ} через уровень шумов сквида ABS:
