Способ экранирования магнитного поля в ограниченной области Советский патент 1986 года по МПК G12B17/02 

1

Изобретение относится к измерительной технике и приборостроению и может быть использовано для экранирования приборов от внешнего магнитного поля.

Целью изобретения является повышение эффективности экранирования за счет снижения отрицательного влияния дефектов структуры и неподвижных несверхпроводящих зон (НСЗ) в экранирующей сверхпроводящей .оболочке.

На фиг. 1 изображена пара неподвижных НСЗ сверхпроводящей оболочки (стрелками изображены силовые линии магнитного поля, замороженного на НСЗ, например отверстиях); на фиг.2 и 3 - схема осуществления способа с помощью подвижной НСЗ, перемещающейся по цилиндрической оболочке.

Способ осуществляют следующим образом.

После размещения оболочки 2 вокруг экранируемой области попарно определяют .площади неподвижных НСЗ 1 и число квантов магнитного потока, проходящего через них, затем в оболочке 2 создают подвижную НСЗ 3 и перемещают ее от одной НСЗ 1 данной пары до другой N раз. Затем площадь НСЗ 3 уменьшают до нуля. Число N определяют как , ... In п

h-niTw

где п - число квантов магнитного потока, проходящего через данную пару НСЗ 1;

К - отношение площади подвижной НСЗ 3 к площади наибольшей из НСЗ 1 данной пары.

При перемещении НСЗ 3 по поверхности замкнутой оболочки 2 захватывается часть потока, замороженного в неподвижной НСЗ 1, если подвижная НСЗ 3 хотя бы касается области неподвижной НСЗ 1. Захваченная часть потока смещается по поверхности оболочки вместе с подвижной НСЗ 3. При касании следующей неподвижной НСЗ 1 поток складьшается с потоком в неподвижной НСЗ 1, вновь перераспределяется между подвижной и неподвижной зонами. При каждом очередном касании НСЗ 3 и НСЗ 1 суммарный магнитный поток пары НСЗ 1 может либо увеличиться, либа уменьшиться. Это зависит от направления замороженного поля в НОЗ 1. При уменьшении

12281512

суммы потоков происходит диссипация (Энергии магнитного поля, при увеличении - яишь перераспределение за- . мороженных неподвижньгх НСЗ 1 магнИт5 ных потоков.

Для пояснения процесса уничтожения замороженных на оболочке 2 магнитных потоков рассмотрим замкнутую сверхпроводящую оболочку 2 лишь с двумя

10 неподвижньти НСЗ 1. Допустим, что остальная поверхность оболочки 2 идеальная и весь замороженный поток сосредоточен на двух неподвижных НСЗ Г (фиг. 1). Для удобства сузим

15 класс произвольных замкнутых оболочек до цилиндрической оболочки с открытыми концами, играющими роль двух неподвижных НСЗ 1 (фиг. 2). Ес- . ли площадь отверстия цилиндра S,

20 а площадь подвижной НСЗ 3 - S, то при касании подвижной НСЗ .3 края цилиндричес кой поверхности оболочки 2 замороженный в ней магнитный поток

25

перераспределяется и индукция магнитл

ного потока уменьшается в раз,

где

Е S,

Допустим, заморожен маг30

нитный поток

.ф пср

где п - целое число;

ср - квант магнитного потока

(,07 Вб). Тогда

,В, (S, +S),

35 рде в - индукция магнитного поля, захвачен ного в цилиндре до создания подвижной НСЗ 3; В; - индукция после перераспределения потока между отверстием 1 и подвижной НСЗ 3 .

40

Следов ательно

В„

-s7ts «i

1

45

S,+S .-l+f ,

При смещении подвижной НСЗ 3 от края цилиндра в образовавшемся контуре захватьгоается (фиг. 2) поток

,,.,.rB,,j,.,

Оставшийся магнитный поток, за- мороженный в конце цилиндра после первого смещения подвижной НСЗ 2, равен

Ч..,,В,5,-Л .

55 При приближении подвижной НСЗ 3 к второму концу цилиндра оболочки 2 (фиг. 3) плотность тока, соответствующего магнитному потоку,в умень

перераспределяется и индукция магнитл

ного потока уменьшается в раз,

где

Е S,

Допустим, заморожен маг

нитный поток

.ф пср

где п - целое число;

ср - квант магнитного потока

(,07 Вб). Тогда

,В, (S, +S),

рде в - индукция магнитного поля, захвачен ного в цилиндре до создания подвижной НСЗ 3; В; - индукция после перераспределения потока между отверстием 1 и подвижной НСЗ 3 .

Следов ательно

В„

-s7ts «i

1

S,+S .-l+f ,

При смещении подвижной НСЗ 3 от края цилиндра в образовавшемся контуре захватьгоается (фиг. 2) поток

,,.,.rB,,j,.,

Оставшийся магнитный поток, за- мороженный в конце цилиндра после первого смещения подвижной НСЗ 2, равен

Ч..,,В,5,-Л .

При приближении подвижной НСЗ 3 к второму концу цилиндра оболочки 2 (фиг. 3) плотность тока, соответствующего магнитному потоку,в уменьшающейся перемычке увеличивается, превышает критическую плотность тока, сверхпроводимость нарушается и захваченный в подвижной НСЗ 3 магниный поток уничтожается. При этом уменьшается на величину захваченног магнитного потока в подвижной НСЗ 3 величина первоначального магнитного потока через второй конец цилиндра оболочки 2. Можно сказать, что магнитный поток одного знака аннигилирует с точно таким же магнитным потоком противоположного знак.а. При этом порция энергии поля переходит в тепло и частично - в электромагнитное излучение.

Оставшийся магнитный поток вновь перераспределяется между отверстием оболочки 2 и НСЗ 3. При смещении НСЗ 3 от второго конца цилиндра захватьтается часть магнитного потока меньшей величины

11

.

Q „

1 :i+i.)

Bo втором конце остается захваченным магнитный поток, равный

1 ,, с J

.-B.s prrrf

При приближении НСЗ 3 с потоком

Роет, - 1 + 1

Ф.

К первому концу цилиндра

ЬОХЙ. 2

аннигилирует соответствующая часть потока и т .д. Вьтишем последовательнос остающихся после каждого цикла замороженными в цилиндре потоков с.

B.S.-r-U- ; ф В К. .

ОС-Т 1

(1+1)

p,;.,,s,

1

ост.,

(1 + 1)

1

R с

- t (1+.1)N

Так как минимально возможная величина захваченного магнитного потока равна Ф , то из последнего равенства следует, что

N

Inn ln(l+l)

Таким образом, после N-ro смещения НСЗ 3 остается захваченным один квант магнитного потока.

Для того, чтобы уничтожить этот последний квант магнитного потока, необходимо лишь, чтобы площадь НСЗ 3 была не меньше площади сечения отверстия НСЗ 1 в цилиндре. Тогда он также будет захвачен в НСЗ 3 и уничтожен на противоположном конце цилиндра.

to

15

20

5

0

5

0

5

0

5

Для уменьшения сечения отверстий в торцах оболочки 2 можно использовать пробки или задвижки из сверхпроводника,, перекрывающие отверстия в заключительной части процесса, приближая тем самым цилиндрическую оболочку 2 к замкнутой. Реальную сверхпроводящую оболочку можно.разделить на конечное число участков, имеющих пару несверхпроводящих зон . с замороженными потоками. Над каждым из участков можно провести указанные манипуляции, очистив их от замороженных потоков. Так как площадь каждой из неподвижных НСЗ 1 уменьшаемся по мере захвата магнитного потока в подвижную НСЗ 3 ввиду того, что уменьшается площадь контура с циркулирующим током вокруг оставшегося захваченным потока, в заключительной части процесса воз- . можно уменьшение площади подвижной НСЗ 3 для повышения эффективности экранирования от проникающих полей.

Однако если для цилиндрической оболочки 2 достаточно измерить диаметр цилиндра, чтобы определить пло- щадь НСЗ I, а количество квантов магнитного потока п легко определить, измерив индукцию магнитного поля в цилиндре с помощью любого из существующих магнитометров, например сквид-магнитометра, то для реальной сверхпроводящей оболочки НСЗ 1 могут быть расположены случайнь1м образом и процесс измерения их площадей и определения количества квантов магнитного потока, проходящих через НСЗ 1, связан с использованием относительно сложных технических средств. Так, для определения границ НСЗ 1 на сверхпроводящей оболочке 2 необходимо измерить распределение градиента магнитного поля вдоль поверхности оболочки 2. Вдоль границы НСЗ 1 градиент магнитного поля максимален. Магнитный поток, проходящий через каждую НСЗ 1 (или количество квантов потока), равен произведению плс- щади НСЗ 1 с определенными границами на индукцию магнитного поля в НСЗ, для определения которой достаточно использовать магнитометр. При использовании квантовых интерферометров или сквидов достаточно выполнить трансформаторы магнитного потока (тми), с одним измерительным контуром при измерении индукции магнитного ПОЛЯ и двумя последовательно и встречно включенными контурами для измерения градиента магнитного поля

Координаты границ НСЗ 1 и плотностей магнитного потока могут быть заложены в памяти ЭВМ и использованы для определения количества перемещений подвижной НСЗ 3 на заданных участках оболочки. Перемещение НСЗ 3 и изменение ее площади может осуществляться путем перемещения и изменения площади светового (теплового) пятна на оболочке 2.

Использование предлагаемого способа уменьшения магнитного поля в ограниченной области пространства путем экранирования замкнутой сверхпроводящей оболочкой, имеющей неподвижные несверхпроводящие зоны, обусловленные дефектами оболочки, и захваченньии магнитными потоками обеспечивает по сравнению с известными способами возможность создания неподвижной оболочки с относительно толстыми стенками, что само по себе повышает эффективность экранирования; а также возможность уничтожения замороженных магнитных потоков, что наряду с замкнутостью оболочки позволяет получить нулевое магнитное поле в экранируемом объ- еме. При использовании изобрете- ния от1;1адает также надобность в преварительном ослаблении внешнего магнитного поля

Формула изобретения

Способ экранирования магнитного

поля в ограниченной области, включающий экранирование ограниченной области сверхпроводящей оболочкой, отличающийся тем; что, с целью повьшения эффективности экранирования, определяют

площади неподвижных несверхпроводящих зон сверхпроводящей оболочки и число квантов магнитного потока, проходящего через каждую пару неподвижных несверхпроводящих зон, после чего в сверхпроводящей оболочке создают подвижную несверхпроводящую зону и перемещают ее N раз между каждыми двумя неподвижными несверхпроводящими зонами, а затем площадь подвижной несверхпроводящей зоны уменьщают до нуля, при этом число N определяют из со- отнощения

25

И

In п

1п(1+КУ

0

где п - число квантов магнитного потока, проходящего через данную пару неподвижных несверхпроводящих зон; К - отношение площади йодвижной несверхпроводящей зоны к площади наибольшей из неподвижных несверхпроводящих зон данной пары.

Фиг.1

Составитель С. Шумилишская . Редактор Н. Швьщкая Техред В.Кадар Корректор - Ференц

Заказ 2292/52 Тираж 485Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113033, Москва, Ж-35, Раущская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

,

Изобретение относится к области .измерительной техники и приборостроения и может быть использовано для экранирования приборов от внешнего магнитного поля. Цель изобретения - повышение эффективности экранирования за счет снижения влияния дефектов структуры и неподвижных несверхпроводящих зон (НСЗ) в экранирующей оболочке. В оболочке 2 попарно определяют площади неподвижных НСЗ 1 и число квантов магнитного потока, проходящего через них. Затем в оболочке 2 создают подвижную НСЗ и перемещают ее от одной НСЗ 1 данной пары до другой N раз. Затем площадь НСЗ 3 уменьшают до нуля. Число N определяют из соотношения N .., где п - число квантов магнитного потока, проходящего через данную пару НСЗ I; К - отношение площади НСЗ 3 к площади наибольшей из НСЗ 1 данной пары. 3 ил. с (О (Л с N9 00 ел Фиг.З