Способ определения критической плотности тока в сверхпроводниках Советский патент 1992 года по МПК G01R33/35 G01R19/08 

///////////МММ - Фи2-3

ность тока JЈ определяют по формуле j A(Hg/XB) ДХ, где Хв - наименьшее расстояние между магнитом и поверхностью исследуемого тела; Н8 - напряженность поля в точке Хв; UX - протяженность участка линейного изменения силы взаимодействия при разведении магнита и сверхпроводящего тела; А - числовой коэффициент., Уст-

ройство, с помощью которого осуществляют способ, содержит сосуд Дьюара 1, гониометрический столик 2, винты 3 перемещения, хладопровод 4, опоры 5, жидкий азот 6, испытуемый образец 7, экран 8, постоянный магнит 9, кварцевую нить 10, коромысло 11 весов. 3 ило,1 табл.

Изобретение относится к неразру- шающему контролю, в частности к измерениям электрических свойств материалов магнитными методами,.и может быть использовано для определения величины критического тока в изделиях ия сверхпроводящих материалов. Цель изобретения - расширение диапазона исследуемых образцов. Индуцирование переменным магнитным полем тока осу- . щёствляют, сводя и разводя сверхпроводящее тело с постоянным магнитом, и регистрируют силу их взаимодействия, причем разведение начинают на нелинейном участке изменения силы взаимодействия, а критическую Плот- L : - (Л с to

15

Изобретение относится к неразру- ающему контролю, в частности к измерениям электрических свойств материалов магнитными методами, и может быть использовано для определения ве- 20 личины критического тока в изделиях из сверхпроводящих материалов.

Известен способ определения критической плотности тока в сверхпроводниках, по которому к поверхности ма- 25 териала крепят четыре электрода, через два из них пропускают ток и регистрируют появление разности потенциалов на двух других при увеличении плотности тока выше критической вели- 30 чины.

Основным недостатком известного способа является необходимость крепления электродов к образцу, поскольку из-за тепловыделения на контактах, 35 особенно в случаях больших величин критической плотности тока, происходит разогрев образца, который может приводить к изменению или потере сверхпроводящих свойств., Кроме того, ® эта операция трудоемкая и сложная, особенно в случае измерений на керамических сверхпроводящих материалах. Наиболее близким по технической

сущности к предлагаемому является

способ определения критической плотности тока в сверхпроводниках, по которому из сверхпроводящего материала изготавливают образец кольцевой формы, надевают его на индукционную катушку, 50 подают на нее электрический импульс, индуцируют переменным магнитным полем ток в сверхпроводнике и измёритель- .ной катушкой индуктивности регистрируют его изменение во времени. Крити- 55 ческую плотность тока определяют по максимальному току в катушке индуктивности,,

Указанное не позволяет осуществить выходной контроль качества изделий с высокой точностью и достоверностью.

Целью изобретения является расширение диапазона исследуемых образцов из сверхпроводящих материалов. .

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения критической плотности тока в сверхпроводниках путем индуцирования переменным магнитным полем тока в сверхпроводнике индуцирование осуществляют сводя л разводя сверхпроводящее тело с постоянным магнитом, магнитный момент которого ориентируют вдоль линии перемещения, и регистрируют силу их взаимодействия, причем разведение начинают на нелинейном участке изменения силы взаимодействия, а критическую плотность тока jfc определяют по формуле

А

Нв

X

6

их,

(1)

где Х&- наименьшее расстояние между магнитом и поверхностью исследуемого тела; 1 . - напряженность поля на расстоянии Х6от магнита; iX - протяженность участка линейного изменения силы взаимодействия при разведении магнита и сверхпроводящего тела; А - числовой коэффициент.. На фиг „ 1 и 2 показаны зависимости, поясняющие предлагаемый способ; на фиг„ 3 - схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Физическая сущность предлагаемого технического решения основана на определении величины индуцированного тока в сверхпроводнике через измерение силы взаимодействия сверхпроводящего

тела с магнитным полем постоянного магнита. Внешнее магнитное поле Н вызывает изменение намагниченности сверхпроводящего тела М, которая описывается линией ОАВ на фиг„ 1 при возрастании напряженности внешнего поля и линией BCD при спадании. На участке BG зависимость линейная, протяженность участка ВС характеризует критическую плотность тока, j Hg-Hj,

В предлагаемом способе изменение напряженности магнитного поля обеспечивают изменяя расстояние между магнитом и сверхпроводящим телом. В таком случае критическую плотность тока определяют из соотношения

А

Пь ХВ

vхс).

Величину (Хв Хс) ЛХ находят измеряя силу взаимодействия магнита и сверхпроводящего тела., Она зависит от намагниченности и при разведении на участке ВС, где изменение М пропор- 5 ционально изменению Н, также изменяется линейно с изменением расстояния :20

- с

1 W

1« JX

)ЧХЛ - XJ. (3)

с/

Из (3) следует, что интервал, соответствует участку перемещения, н котором сила взаимодействия магнита и сверхпроводящего тела изменяется линейно с увеличением расстояния между ними, и и предлагаемом способе протяженность участка- Xg - Хс находя как расстояние, на котором сила взаимодействия изменяется линейно. Учас- ток ВС существует только при уменьшении Н из области нелинейного изменения намагниченности АВ. Критерием достижения требуемой намагниченности является нелинейное изменение силы взаимодействия, поэтому разводят сверхпроводящее тело и магнит после того, как зависимость F(X) становится нелинейной (фиг. 2).

Ориентируя направление магнитного момента вдоль линии перемещения достигают максимального взаимодействия сверхпроводника с магнитом. Коэффи

. Н& циент А либо А -

Х6

для конкретного

случая определяют калибровкой устрой-.

«АХ

ства, проводя измерение Xg - на материале с известным муле (2).

j k по форj,

10

711102°

Устройство,реализующее предлагаемый способ, содержит сосуд 1 Дьюара, установленный на гониометрическом столике 2 с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости и вертикальном направлении посредством микрометрических винтов 3„ В сосуд Дьюара помещен медный хладопровод 4, который закреплен, на сосуде Дьюара опорами 5, контактирующий с жидким азотом 6. На хладопроводе расположен испытываемый материал 7, закрытый от внешних тепловых, воздействий экранами 8„ Над материалом -расположен постоянный магнит сферической формы 9, прикрепленный на кварцевой нити 10 - к коромыслу весов j1„

Способ осуществляют следующим образом.

Из сверхпроводящей керамики YBa2Cu30Ј , где о 7, 6У9 и 6,75 изготавливаю пластины размером 0,5х х1 см для испытаний по предлагаемому способу и кольца диаметром 3 см со стенкой 0,5 см для испытаний по известному способу. В материале примера

15

20

2 (см„ таблицу), определяют jk согласно известному способу, после чего пластину из материала примера 2 при 77 К на столике приближают, снизу к магниту на расстояние Х& 0,5 мм и отводят назад. При этом регистрируют зависимости изменения веса магнита от расстояния между поверхностью сверхпроводящего тела и магнитом На полученных кривых (фиг. 2) измеряют длину пути прямолинейного участка изменения веса магнита (Xft - Хг). По

Q

известным значениям j к и t X по уравнению (2) определяют А-(Н&/ХС). Рассчитав для сферического магнита Hg y можно найти постоянную А„ Она составляет 5,6 «10 ./ После этого повто- ,. ряют измерения X в - Хс на образцах примеров 1 и 3 с неизвестными j к-. По известным А-(Н6/ХВ) и Х6 - Хс с помощью уравнения (2) находят j для этих материалов.

Полученные значения приведены в таблице„ Там же приведены значения критических токов, определенных в соответствии с известным способом.

Из таблицы видно, что полученные двумя способами значения близки. Это подтверждает достоверность предлагаемого способа.

Основное преимущество предлагаемого способа по сравнению с извест-

0

5

ным заключается в том, что он позволяет повысить достоверность измерения критической плотности тока в сверхпроводящем теле, а также проводить экс- . прессное измерение бесконтактно и без разрушения изделия. Способ может быть использован для улучшения выходного контроля качества изделий их сверхпроводящих материалов, например pa- Q диоизделин, линий электропередач и т.п. Способ обладает высокой локальностью и позволяет проверить однородность изделия путем замеров в не скольких местах после завершения из- jj готовления изделия.

Формула изобретения

Способ определения критической 20 плотности тока в сверхпроводниках путем индуцирования переменным магнитным полем тока в сверхпроводнике, о т л и ч а ю 1д и и с я тем, что, с целью расширения диапазона исследуе- 25

К i Xg - Хс i , Л/см2, по способу

7,0 6,9 6,75

мых образцов, изменяют взаимное расположение сверхпроводящего тела с i постоянным магнитом, магнитный момент которого ориентируют вдоль линии перемещения, и регистрируют силу их взаимодействия, причем увеличение расстояния тела и постоянного магнита начинают на нелинейном участке изменения силы взаимодействия, а критическую плотность тока j определяют по Лормуле i

JK ,

6

где X а - наименьшее расстояние между магнитом и поверхностью исследуемого тела; Нa напряженность поля в точке

хв;

4 X - протяженность участка линейного изменения силы взаимодействия при разведении магнита и сверхпроводящего тела; Л - числовой коэффициент,. .

Яв

Put- i

& 6

Ј

Xc fuЈ.