Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
Иногда шумы сквида выражают через спектральную плотность магнитного потока ДФ в индуктивности Ьг (см. рис. 4. 10), соответствующую шумам сквида. Эти величины связаны соотношениями
(33)
Дф = (ASABS)
(34)
и, следовательно,
Для серийно выпускаемых сквид-магнитометров ДФ составляет 10-4Фо/Гц1/2-10~5Фо/Гц1/2, и спектральная плотность шума не зависит
от частот, превышающих 0,1-1 Гц, т. е. в этом диапазоне частот шум является «белым». Ниже указанных частот спектральная плотность шума становится обратно пропорциональной частоте, т. е. шум приоб-1
ретает характер «--шума». Если, как в примере из разд. 2.5, мы примем
Ls = 10-9 Гн, Lj = 10~7 Гн, Ах = 3-10'4 м2 (диаметр катушки равен
0,02 м), к2 = 0,6, Nl = \, а ДФ = 5• 10-5Фо/Гц1/2, то получим ДS, — ~ 10“12 Тл1.
Магнитометр обычно регистрирует только одну из компонент вектора магнитного поля - перпендикулярную плоскости приемной катушки. Для полного измерения векторной величины поля необходимо использовать многоосную приемную систему, т.е. три катушки, ориентированные в трех взаимно перпендикулярных направлениях и подключенные каждая к своему сквиду. Такие многоосные магнитометры производят фирмы CTF Systems, 2-G Enterprises, S. Н. Е. Corporation и Cryogenic Consultants. Обычно в них используются дьюары на 10-30 л, которые могут обеспечить непрерывную работу прибора с промежутками между заливками гелия до двух недель. Уровень шумов таких магнитометров часто определяется вкладом от дьюара и несущих конструкций прибора, равным 10-13-10-14 Тл.
4.2. Градиентометры
Градиентометрами называют приборы, снабженные приемной катушкой специальной конфигурации, позволяющей измерять разность магнитного поля в двух соседних областях пространства и таким образом
1 I .’> Приемные катушки диагонального градиентометра первого порядка (dBJdz (А) и недиагонального градиентометра (SBJcz) (F).
1 Точнее, ДВ] ~ 10 |2Тл/Гц1/2-Прим. перев.
характеризовать градиент этого поля. На рис. 4.13 изображена геометрия приемных катушек градиентометров для измерения первой производной1 в вертикальном направлении двух разных компонент поля: компоненты, лежащей в плоскости рисунка (рис. 4.13, Л), и компоненты, перпендикулярной ей (рис. 4.13,5). Тензор градиентов поля содержит девять компонент, но только пять из них независимы в силу следующих соотношений2:
дВх дБ дВ
WB = -^ + ~^ + ~=0, дх су dz
дВ^ _Щ, dBJ,_dBz дВг _ дВх
ду дх ’ dz ду ’ дх dz
С помощью приемных катушек соответствующей конфигурации можно измерить и производные более высоких порядков. На рис. 4.14 показано устройство катушек для измерения производной д2 ВJdz2 3). Эти катушки представляют собой два градиентометра первого порядка, включенных последовательно и навстречу друг другу. В результате ток в такой цепи пропорционален разности градиентов магнитного поля, т. е. характеризует производную этого градиента.
Градиентометры измеряют градиенты поля, усредненные по пространству, в частности в направлении базы градиентометра, т. е. отрезка, соединяющего центры составляющих его катушек. Однако часто исследуемый образец, поле которого быстро спадает с расстоянием, располагают вблизи одной из этих катушек, и тогда сигнал с приемных катушек оказывается фактически пропорционален полю на образце. Катушки же градиентометра, находящиеся вдали от образца, используются в такой ситуации для компенсации более однородных по пространству сигналов, источниками которых, как правило, являются удаленные объекты. В измерениях такого рода градиентометр является инструментом устранения магнитных помех.
Поле магнитного диполя, находящегося в начале системы координат и направленного вдоль оси z (рис. 4.15), описывается соотношениями
Нг = 2М cos 0/4яг\ Н0 = М sin 0/4яг\
где г и 0-сферические координаты точки, в которой измеряется поле. Градиент этих компонент поля, т. е. их производная по г, пропорционален 1/г4, а градиент второго порядка зависит от г как 1 /V5 и т. д. Такая сильная зависимость поля магнитного диполя от расстояния означает,
1 Такие градиентометры называются градиентометрами первого порядка. Прим. перев.
2 Первое соотношение является одним из уравнений Максвелла, а три других следует из тех же уравнений для областей пространства, в которых отсутствуют
токи,-Прим. перев.
3) Осью z считается вертикальная ось, лежащая в плоскости рисунка. Прим.
перев.
Рис. 4.14. Диагональный градиентометр второго порядка (82BJdz2).
что сигнал от удаленных дипольных источников, измеряемый градиентометрами первого и второго порядков, будет очень слабым, а когда диполь находится вблизи одной из приемных катушек градиентометра, то создаваемый им магнитный поток будет сцеплен в основном только с ближайшей катушкой. В этом случае, как уже указывалось, градиентометр измеряет поле в ближайшей окрестности диполя.
