Устройство для измерения вольт-амперных характеристик сильноточных сверхпроводников при разных значениях индукции магнитного поля и температуры Советский патент 1983 года по МПК H01F6/00 H01L39/00 

4 00

сд

Изобретение относится к физике твердого-тела, а конкретно к устройствам для измерения вольтампер ных характеристик сверхпроводящего материала при разных значениях температуры и индукции магнитного поля и .предназначено для лабораторны исследований сильноточных сверхпроводников.

Известно устройство для измерения врльтамперных характеристик сверхпроводящего -(СП) материала, в .котором исследуемый образец располагают в термостатированном объеме , температуру которого регулируется прокачкой газа, имеющего определенную Т (температуру) (4, ) , откачкой паров жидкого гелия (при Т 4,2К) или при помощи нагревателя для создания Т 4,2К. При достижении заданной температуры в образец, расположенный во внешнем магнитном поле, вводится ток от источника питания и. измеряются вольтамперные характеристики образца/в различных магнитных полях при данной температуре Г13В такого рода устройствах большую трудность представляет ввод больших токов через электровводы в термостатированный объем., ЭлектР9вводы образуют тепловой мост между внешней средой и образцом, который находится при заданной температуре. . Джоулевы потери в. электровводах и теплоприток по ним искажают температуру образца и уменьшают точность измерений. Электроды, расположенные непосредственно в зоне регулирования температуры, значительно усложняют конструкцию устройства, так как необходимо применять тепловые развязки для поддержания на выходе электровводо температуру образца, например делать алектровводы сверхпроводящими и поддерживать их температуру одинаковой с образцом.

Наиболее близким к предлагаемому гго технической сущности является устройство для измерения вольт,амперных характеристик сильноточных сверхпроводников при разных значения индукции магнитного поля и температуры, содержащее криостат, внутри которого расположены термостат, теплообменник с нагрев елём для регулирования температуры, сверхпроводящий трансформатор с первичной питающей обмоткой и вторичной обмоткой с исследуемым образцом C2J.

Недостатком устройства является расположение в термостате двух обмоток сверхпроводящего трансформатора с магнитным сердечником, имеющим большую массу, что увеличивает тепловую иаерционность устройства и затрудня-ет регулирование температуры сверхпроводящего образца. Электровводы, расположенные в термостате, являются дополнительном . источником тепловыделений в термостатируемом объеме. При изменении магнитного поля в термостате выделяется тепло из-за гистерезисных по терь в магнитном экране и сверхпроводящем материале, первичной обмотки трансформатора.

Измерение характеристик сверхпроводящего .образца {СП образца ) производится в магнитном поле, создаваемом первичной обмоткой трансформатора, что ограничивает максимальное, значение индукции магнитно.го поля, которое составляет 1,2 Тл для данного устройства. Для исследования характеристик СП образцов в широком диапазоне температур необходимо обеспечить работу СП трансформатора при температуре до 18 К, поэтому- первичная обмотка долна быть выполнена из материала на основе сплавов NbgSn или с критической температурой Т., 18 К который более хрупкий по сравнению со сплавом NbTi с Tg 9 К. Для замены СП образца необходимо проиэвести разборку устройства, что приводит к дополнительным затратам времени; и потерямжидкого гелия, связанным с охлаждением криостата до Т 4,2 К.

Цель изобретения - расширение функциональных йозможностей устройства и повышение точности измерений путем повышения точности ре.гулирс1вания температуры и увеличения диапазона внешнего магнитного поля.

Поставленная цель достигается . тем, чао устройство дополнительно содержит источник внешнего магнитного поля, в виде сверхпроводящего магнита, сверхпроводящий магнит расположён в криостате, первичная обмотка сверхпроводящего трансформатора расположена в криостате, а вторичная обм.отка с исследуемым образцом расположена в термостате, причем исследуемый образец размещен в апертуре сверхпроводящего магнита.

На чертеже представлено устройство, общий вид..

В криостате 1 находится источник 2 внешнего магнитного поля сверхпроводящий магнит, в центре которого расположен иссдедуемый образец (сверхпрюв.одник 3, подключерный к выводам вторичной обмотки 4 ёп трансформатора. Образец 3 и вто)ичная обмдтка 4 5аспол6жв1 ы в термостате 5. Тонкостенные трубы из- нержавекхцей стали 6 образуют ва.куумнуй полость, служащую дл.я изоляции термостата от криостата. Теплообменник 7, на котором расположен

электронагреватель 8, соединяет термостат 5 с объемом криостата 1 ниже уровня жидкого гелия. Поток газа через термостат 5 создается гелиевым эжектором 9, величина которого регулируется вентилем 10, расположенным на газосбросной линии 11 Первичная обмотка 12 СП трансформатора, расположенная в криостате 1, запитывается через, электровводы 13. Источник 2 магнитного поля подключен к источнику питания через электровводы 14. Сменный шток 15, содержащий термостат 5, уплотня- /. ется на крышке криостата 1 фторопластовым уплотнением 16, Индукционная катушка 17 служит для измерения тока образца. Термометр 18 используется для измерения температуры в месте расположения образца 3. Измерительные провода выведены через герметичный разъем 19..

Устройство работает следующим образом. ; .... .,,

Сменный шток 15 уплотняется на крыщке криостата 1. Эжектором 9 задается поток газообразного гелия, величина которого регулируется вен тилем -10. Регулированием мощности, подводимой к электронагревателю 8 теплообменника 7, задается температура газообразного гелия контролируемая термометром 18. Лри достижении заданной температуры Т. в термостате источником 2 магнит- : ноге поля задается фиксированное : значение индукции магнитного поля Б В первичную обмотку 12 СП трансформатора вводится ток от источника питания и регулируется зависимость напряжения на образце 3 о тока об разца, измеряемого тороидальной ин- Аукционной катушкой 17, подключенно к интегратору. Далее процедура из- , мерений повторяется при разных значениях магйитного поля. После измерения вольтамперных характеристик при заданной температуре Т меняется величина мощности, .подводимой к электронагревателюf и. задается следующее значение температуры Т2Для достижения Т 4,2 К объем термостата заполняется жидким гелием Не. из криостата, эжектором 9 производится откачка, паров гелия, нагреватель при этом отключен.

Расположение бторичной обмотки

0 СП трансформатора с образцом в термостате , а первичной обмотки трансформатора и источника магнитного поля в криостате позволяет уменьшить массу объекта, расположенного

5 в зоне регулирования температуры, что снижает расход гелия для достижения заданной температуры, при этом уменьшается тепловая инерционность системы, что позволяет быстDрее менять температуры. Р.асположе.ние источника внешнего магнитного поля в криостате позволяет получить большие магнитные поля, так как нет ограничений на объем СП мате5риала обмотки. Применение- в устройстве в качестве источника поля СП соленоида с апертурой jrf 60 мм позволяет достигнуть магнитное поле с индукцией 6 Т.

0

Данное расположение СП обмоток позволяет исключить теплопритоки в криостат по электровводам, джоулевы потери в электровводах поглощаются жидким гелием в криостате.

5 Данное устройство позволяет повысить точность регулирования температуры и уменьшить;.расход гелия, при этом измерение характеристик СП образца производится до токов

0 20 кА. Устройство может найти применение при лабораторньрс исследованиях характеристик сильноточных сверхпроводников.

S-i

w Я

11V

УСТРОЙСТЮ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ : ВОЛЬТАМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИЛЬНОTO JHbJX СВЕРХПРОВОДНИКОВ ПРИ РАЗНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащеекриостат, внутри которого расположены термо- Г стат, теплообменник с нагревателем ; для регулирования температуры, сверхпроводящий трансформатор с первичной питающей обмоткой и вторичной обмоткой с исследуемым образцом, отличающееся тем, что, с.целью расширения функциональных возможностей устаройства и повышения точности измерений, устройство дополнительно содержит источник внешнего магнитного поля в виде сверхпроводящего магнита, сверхпроводящий магнит расположен в криостате, первичная обмотка сверхпроводящего трансформатора расположена в криостате, а вторичная обмотка с исследуемым образцом расположена в термостате, исследу- g емый образец размещён в апертуре сверхпроводящего магнита. (Л