Способ определения параметра магнитной неоднородности ферромагнитного материала Советский патент 1984 года по МПК G01N24/00 

11 Фиг.1 1 Изобретение относится к измерению физических параметров вещества, а именно к измерению параметров, харак теризующих распределение абсолютной величины магнитного поля в ферромагнитных доменах образца, и может быт использовано для технологического контроля широкого класса магнитных материалов при производстве трансфор маторов, генераторов электрического тока, магнитных экранов и т.д. поскольку это распределение характеризует электрические потери на перемаг ничивание образца материала. Известен способ определения параметра магнитной неоднородности (распределения модуля микроскопических магнитных полей в доменах), основанный на взаимодействии исследуемого образца с постоянным и переменными магнитными полями lj . Единственными характеристиками, зависящими от неоднородности распределения макроскопических магнитных полей в доменах образца, являются магнитная восприимчивость и потери на намагничивание. Однако эти характеристики опреде ляются не только неоднородностью рас пределения макроскопических полей в доменах, но и магнитной текстурой об разца; Кроме того, в экспериментах по исследованию магнитной восприимчивости и потерь на намагничивание не удается полностью устранить влия нке внешнего магнитного поля на магнитные свойства образца. Поэтому дан ный способ (базовый объект) позволяет получить только качественную информацию о магнитной неоднородности материала. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения параметра магнитной неоднородности ферромаг нитного материала, заключающийся в регистрации колебаний поляризации, ядер примеси внедрения во внутреннем магнитном поле 2J. Известный способ заключается в следующем. Ферромагнетик Помещают в радиочастотное поле, частота которого равна резонансной частоте перехода во внутреннем магнитном поле с возбужденного уровня ядер или электронов на основной. Энергия радиочастотного поля при этом резонансно .поглощается электронами (так назы92ваемый ферромагнитный резонанс) или ядрами (ядерный магнитный резонанс). Однако известный способ измерения параметра магнитной неоднородности в основном применим для исследования свойств магнитодиэлектриков и магнитных полупроводников, но не может быть практически применен для определения магнитной неоднородности в ферромагнитных материалах, поскольку он позволяет получать информацию только в очень тонких слоях ферромагнитных материалов (т.е. в скин-слое, равном не более 1 мкм - фактически пленочные измерения). Таким образом, указанный способ, основанный на наблюдении неоднородного ущирения линии магнитного резонанса, не позволяет получить информацию, которая важна для характеристики материалов, используемых в промышленности, например электротехнических сталей. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности исследования объемных образцов металлов. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения параметра магнитной неоднородности ферромагнитного материала, заключающемуся в том, что регистрируют колебания поляризации ядер примеси внедрения во внутреннем магнитном поле, в образец вводят дополнительно положительно заряженные поляризованные мюоны, исследуют колебания поляризации затормозивщихся мюонов по изменению скорости счета позитронов распада и по скорости затухания этих колебаний определяют параметр магнитной неоднородности исследуемого материала . Предлагаемый способ основан на использовании взаимодействия магнитного момента мюона с магнитным полем того домена образца, в котором остановился мюон. При неколлинеарности векторов локального магнитного поля о и магнитного момента мюона спин мюона процессирует с соответствующей модулю этого магнитного поля частотой до момента распада мюона. Магнитное поле Ь есть сумма внешнего магнитного поля, магнитных полей всех диполей образца и контактного поля электронов проводимости. Эту сумму можно представить в виде - - -. (1) Ъ В-4чМ б. , J11031 -макроскопическое магнитное поле в той области, где находится мюон; -намагниченность домена; -внутреннее дипольное поле, которое зависит от положения мюона в решетке металла;конУ контактное поле, создаваемое в точке нахождения мюо- ,д

на электронами проводимости.

При достаточно быстрой диффузии мюона, когда частота его перехода из поры в пору много больше частоты про цессии, действующие на мюон локальные поля Ь и Конт равны средним по местоположению мюона, в поле b определяется формулой ь в- ,о„;- (;о„, среднее по местоположению мюона .значение контактног г. . Переходя к ансамблю мюонов, можно иерелидл „„„„ сказать, что измерение числа распадо в определенном направлении позволяет определить среднее значение спина 1 5 (t) по ансамблю мюонов или их --.,,.„-,,, S. у,,прпнеполяризацию .т;Р . средне ние по ансамблю мюонов эквивалентно усреднению по местоположениям мюонов в образце, т.е. о областям с различ ными значениями в . Из формулы (2J видно, что различие в значениях Ь в различных точка образца при быстрой диффузии мюонов обусловлено различием в величинах макроскопических полей В, поскольку значения jl и постоянны для всех мюонов. Если закон изменения поляризации мюонов от времени t имеет вид PltlPo-exp TitVcosgb, то распределение W(j) модуля внутреннего магнитного поля в домене, действующего на мюон, подчиняется закону ...,., N W(bl (Ъ-Ъо1 где P(t) - поляризация мюонов в момент времени t; PQ - начальная поляризация мюо нов при - скорость затухания поляризации;

материала и определяется формулой S,

. фиг. 1 представлена схема уста-гидромагнитное отношение мюона, равное 8.51623-10 1/Гсс -среднее значение магнитного поля на мюоне; -текущее значение магнитного поля на мюоне; -нормировочный множитель. на 8Ь в формуле (4) харакмагнитную неоднородность новки для реализации способа; на фиг. 2 - одна из экспериментальных гистограмм, исправленная на экспоненту распада мюона. По Леи X - номер канала или время (не); по оси У - число событий в каждом канале. Установка для измерения параметра магнитной неоднородности материала содержит сцинтилляционные счетчики 1-5 и два медных фильтра 6 и 7, бло« « о п « ки йбработки сигналов 8 и 9, блок преобразования время - код 10 и ЭВМ 11, образец 12. Измерение параметра магнитной неоднородности на установке осуществля ется следующим образом. Сформированный в мю-мезонном канале пучок продольно поляризованных мюонов притормаживается фильтром 6 с тем, чтобы наибольшее число мюонов остановилось в образце 12. Одновременные сигналы со счетчиков 1 и 3 при отсутствии сигнала со счетчика 4 определяют момент остановки мюона в образце 12, т.е. начало отсчета времени. Появление позитрона распада, отождествляемое с одновременными сигналами со сцинтилляционных счетчиков 4 и 5 при отсутствии сигнала со счетчика 2, определяет конец отсчета времени. Сигналы со счетчиков 1, 2, 3 и 4 поступают на блок обработки сигналов 8, который вырабатывает импульс начала отсчета времени. Сигналы со счетчиков 4, 5 и 2 поступают на блок обработки сигналов 9, который вьфабатывает импульс конца отсчета времени. Фильтр 7 служит для подавления фона случайных совпадений и эффективного увеличения коэффициента симметрии распада мюонов за счет обрезания низкоэнергетичных позитронов. Временные интервалы преобразуются в блоке 10 в числа, которые накаплива ются в ЭВМ 11 в виде гистограммы. П р и м е р. Параметр магнитной неоднородности определен для следую щих образцов: электролитически чистое железо (образ.ец 1), электротехн ческие стали (образцы 2, 3, 4, 5). Каждый образец представляет собой пакет из пластин толщиной 0,35 мм, размеры пакета мм. В таблице представлены полученны из обработки экспериментальных гист грамм времена затухания поляризаци для исследованных образцов. В, Гс - величина среднего магнитног поля, действующего на мюон в домене В - разброс магнитных полей в домен (вычислен по формуле 5). Из приведенных данных видно, что указанные образцы обладают различной неоднородностью распределения магнитных полей. Предлагаемый способ определения параметров магнитной неоднородности с помощью поляризованных мюонов реализован в лаборатории физики высоких энергий. Предлагаемый способ измерения параметров магнитной неоднородности имеет следующие преимущества перед известными. Наибольшая толщина образца ограничивается максимальным пробегом позитронов с энергией 52,8 МэВ, что соответствует 10-15 г/см, т.е. способ позволяет определять параметр магнитной неоднородности материалов в массивных образцах ферромагнетиков, что дает возможность расширить класс материалов. Регистрация колебаний поляризации мюонов в образце осуществляется по временному изменению числа позитронов распада, вылетевших в фиксированном направлении. Поскольку распад мюонов происходит всегда, способ не требует применения радио- частотных полей, необходимых при использовании методов ФМР и ЯМР. Кроме того, предлагаемым способом можно исследовать распределение макроскопических магнитных полей как при отсутствии .внешнего магнитного поля, так и тогда, когда оно отлично от нуля (т.е. нет искажения результатов от внешнего магнитного поля).

5§

& S

NJ

fv

CaVTi

I

I

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРА МАГНИТНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ ФЕРРОМАГ НИТНОГО МАТЕРИАЛА, заключающийся в 2 J том, что регистрируют колебания поляризации ядер примеси внедрения во внутреннем магнитном поле, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа путем обеспечения возможности исследования объемных образцов металлов, в образец вводят дополнительно положительно зар} женные поляризованные мюоны, исследуют колебания поляризации затормозившихся мюонов по изменению скорости счета позитронов распада и по скорости затухания этих колебаний определяют параметр магнитной неоднородности исследуемого материала. 7 5