ПЛЕНОЧНЫЙ СОСТАВНОЙ ВТСП МАГНИТНЫЙ ЭКРАН Российский патент 2004 года по МПК H01F6/00 H01L39/08 

Изобретение относится к криоэлектронике и может быть использовано для экранирования магнитных полей.

Известны магнитные ВТСП экраны, представляющие собой толстостенный цилиндр или сферу из ВТСП керамики [1].

Недостатком указанных устройств является низкая эффективность использования ВТСП материала, плохие массогабаритные характеристики. Известно, что максимальная величина экранируемого магнитного поля определяется величиной замкнутого критического тока в сверхпроводнике, т.е. она пропорциональна площади поперечного сечения и плотности критического тока сверхпроводника. Плотность критического тока в поверхностном слое или пленочном покрытии много больше, чем в объеме ВТСП образца (для лучших образцов соответственно 10⁶ A/см² и 10⁴ A/см²) [2]. Таким образом, для объемных экранов эффективно работает только поверхностный слой.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является магнитный ВТСП экран, состоящий из диэлектрического основания и пленочного ВТСП покрытия [3] . В этом случае пленочное ВТСП покрытие имеет высокую плотность критического тока, ВТСП материал используется эффективно, масса и габариты экранов меньше, чем для объемного экрана.

Недостатком такого экрана является ограничение величины максимального экранируемого магнитного поля вследствие ограниченной толщины ВТСП покрытия.

Техническим результатом изобретения является повышение качества магнитного экрана, увеличение максимального экранируемого магнитного поля путем создания дополнительных внутренних пленочных сверхпроводящих контуров-колец.

Указанный технический результат достигается тем, что пленочный ВТСП магнитный экран состоит из плоских диэлектрических колец, покрытых ВТСП пленкой. Кольца соединяются в корпусе или склеиваются, образуя экран (цилиндр, стакан с дном или сферу). Эффективность экрана, максимальное экранируемое поле В_mo может быть оценено с помощью известной формулы для витка с током I_кр
B_mo = kμ₀I_кр (1)
где k - коэффициент, учитывающий форму витка,
μ₀ - магнитная постоянная,
I_кр - критический ток в сверхпроводнике.

С учетом площади поперечного сечения S₀ и величины плотности критического тока i_кp можно записать
B_mo = kμ₀i_крS₀ (2)
Площадь поперечного сечения витка у обычного пленочного экрана пропорциональна длине образующей 1 и толщине пленки d (фиг.1)
S₀=ld (3)
Заявляемое устройство имеет дополнительные контуры, площадь которых ΔS пропорциональна ширине а кольца и толщине пленки d (фиг.2)
ΔS=nad, (4)
где n - число колец.

Для такого экрана максимально экранируемое поле Bm₁ будет больше на ΔB_m за счет дополнительного тока
B_m1=B_mo+ΔB_m (5)
Анализ конструкции предлагаемого технического решения показывает, что можно выполнить условие

для тонких колец.

Тогда из вышеизложенного следует, что
B_m1>B_mo, (7)
т.е. заявленное техническое решение обладает большей эффективностью, чем прототип.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается тем, что экран является составным и обладает дополнительными внутренними поверхностями-контурами с экранирующим током. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого технического решения с другими техническими решениями показывает, что пленочные составные магнитные экраны с дополнительными экранирующими контурами авторам не известны. Кроме того, совокупность существенных признаков, состоящая из составной конструкции экрана и дополнительных пленочных экранируемых контуров в совокупности с ограничительными признаками, позволяет обнаружить у предлагаемого устройства иные, в отличие от известных решений свойства, к числу которых можно отнести:
- возможность сборки из колец экранов такой длины, которую обычным путем получить нельзя, вследствие аппаратных ограничений;
- возможность контроля качества колец до их сборки в экран;
- возможность отбора колец для экрана под конкретное магнитное поле.

Таким образом, иные, в отличие от известных технических решений свойства, присущие предложенной конструкции эффективного пленочного магнитного ВТСП экрана, доказывают наличие существенных отличий, направленных на достижение технического результата.

На фиг.1 приведен чертеж магнитного экрана в разрезе. На фиг.2 приведен чертеж кольца в разрезе.

Эффективный пленочный магнитный ВТСП экран состоит из дна 1 и колец 2 (фиг. 1). Дно и кольца представляют собой диэлектрическую подложку 3 с нанесенной на нее ВТСП пленкой 4.

Предлагаемое устройство было реализовано следующим образом.

Из керамического порошка MgO методом прессования и последующего спекания были изготовлены кольца (D=30 мм, а=10 мм, h=2 мм и дно (D=30 мм). На поверхность дна и колец по толстопленочной ВТСП технологии наносят ВТСП покрытие (d= 50 мкм) Bi₂Sr₂Ca₁Cu₁Ci₂O₈, после чего экран собирали (1=100 мм) и помещали в кожух (не показан). Экран с датчиком внутри помещали в регулируемое магнитное поле.

Заявленное устройство работает следующим образом.

В магнитном поле в сверхпроводниковых участках экрана наводится ток, экранирующий внешнее магнитное поле. В данной конструкции этот ток больше за счет дополнительных колец. При достижении максимального внешнего поля ток достигал критического значения, и сверхпроводимость исчезала.

Величина индукции максимального поля составила 125 мТл, тогда как у контрольного экрана, имеющего конструкцию прототипа, эта величина 25 мТл, что подтверждает достижение технического результата. Использование предложенного технического решения позволит значительно увеличить индукцию экранируемого магнитного поля, практически не увеличивая массогабаритные показатели за счет эффективного использования материала в ТСП.

Источники информации
1. Лаппо И. С. и др. Технология и свойства магнитных ВТСП экранов //Получение, свойства и анализ высокотемпературных сверхпроводящих материалов и изделий - Екатеринбург: УР.ОАН СССР, 1991.с.94-97.

2. Физические свойства ВТСП. Т.2-М.: ВНК "Базис", 1991. - с. 148-187.

3. Гершензон М. Е., Тарасов М.А. Высокотемпературные сверхпроводники и приборы на их основе//Итоги науки и техники. Сер.Электроника. - М. ВИНИТИ, 1990. т.26 - с.38-75.

4. Воронцов В.И. Формирование из отдельных частей методами динамического прессования длинномерных магнитных ВТСП экранов// Получение, свойства ианализ высокотемпратурных сверхпроводящих материалов и изделий - Екатеринбург: УР.ОАНСССР, 1991. - с.64-69.

Изобретение относится к криоэлектронике и может быть использовано для экранирования магнитных полей. Предложенный пленочный составной ВТСП магнитный экран содержит диэлектрическое основание и пленочное ВТСП покрытие. При этом экран состоит из плоских диэлектрических колец, покрытых ВТСП пленкой, обеспечивающих на внутренней поверхности экрана наличие дополнительных контуров с экранирующим током. Кроме того, площадь указанных контуров пропорциональна ширине указанного кольца и толщине ВТСП пленки. В результате повышается качество магнитного экрана, увеличивается максимальное экранируемое магнитное поле. 2 ил.

Пленочный составной ВТСП магнитный экран, содержащий диэлектрическое основание и пленочное ВТСП покрытие, отличающийся тем, что экран состоит из плоских диэлектрических колец, покрытых ВТСП пленкой, обеспечивающих на внутренней поверхности экрана наличие дополнительных контуров с экранирующим током, при этом площадь указанных контуров пропорциональна ширине указанного кольца и толщине ВТСП пленки.