Магнитный экран Советский патент 1982 года по МПК G12B17/02 H05K9/00 

n свеохпроводящизс оболочек с коакси альными термоизолирующими прокладка ми, расположенными на внешней и вну ренней поверхностях каждой из. оболо чек, трубки гелиевых сифонов, распо ложенные в полости каждой из оболочек, -на дне каждой из, внутренних те моиэоляругощнх прокладок выполнено осевое отверстие, сверхпроводящие оболочки и термоизолирующие проклад ки выполнены в виде полуэллипсоида вращения, оси которого удовлетворяют следующему соотношению а -, b ,,, 7/3; , 10, где а -.длина большой полуоси; h - длина малой полуоси; d .диаметр осезого отверстия, Ка чертеже показана конструкция многослойного сверхпроводящего магНйтного экрана/ для числа слоев, ра ного трем. Экран содержит три расположенные коаксиально сверхпроводящие оболочки 1-3;, выполнекные в виде вытянутых- .полуэллипсокдов вращения, тармоизолируюьаде прокладки 4-9, трубки 10-12 гелиевых сифонов. Между термоиэолирующей прокладкой 5 сверхпро водящей оболочки 1 и термоизолиру-ющей прокладкой б сверхпроводящей, оболочки 2 размещена трубка 10 гели евого сифона, Меж;ду термоизолирующей прок-ладкой 7 сверхпроводящей оболочки 2 и термоизолирующей прокладкой 8 сверхпроводящей оболочки 3 разма1;ена трубка 11 гелиевого сифона. Трубка 12 гелиевого сифона разк;ешена в полости сверхпроводящей оболочки 3. На дне термоизолирующих прокладок 5, 7 и 9, расположенных на внутренних поверхностях сверхпро водящ-их оболочек 1--3-, выполнены осевые отверстия 13-15, через Которые осуществляется охлаждение внутренних поверхностей сверхпроводящих оболочек, так,, что области 16-18 внутреннт-х повер.чностей сверхпроводямик оболочек 1-3 не защищены термок 3 ОЛИ ру ющнми п рокл адк ами с Размеры сверхпроводящих оболочек 1-3 выбираются такими, чтобы отноDJBHHe больш ;й оси (2s.) ка/кдой оболо ки к малой оси (2Ь) было не меньше чем 3tl, что связано с требованием ГДинимального размера центральной ча T5i областей 16-18 р ортогональных яаправленто индукции внешнего магнит ного поля BQ, Чем меньше размеры областей, тек меньше возможные захча-тепяые магнитные потоки в этих областях , .которые и определяют ияД;/;сг:мго оста1ОнНых магнитных полей Е экране Иг следовательно, тем выше зффективность экранирования. Кроме того,, чем больше отношение 2а/2Ь, тем выше эффективность экранирования внешнего магнитного поля, прони.кающего через открытые концы сверхпроводящих оболочек 1-3 в экранированные объемы. Многослойный сверхпроводяи№1й магнитный экран работает следующим образом. Сверхпроводящие оболочки 1-3 экрана находятся в нормальном (т.е. (не сверхпроводящем) состоянии и пbдJ действием индукции , магнитного поля Земли В0, которое направлено вдоль осей экрана. При подаче жидкого гелия в трубку 10 гелиевого сифона начинает охлаждаться сверхпроводящая оболочка. Благодаря наличию на ней термоизолирующих прокладок 4 и 5, изготовленных, например, из пенопласта, и отверстия 13 в термоизолирующей прокладке 5, быстро охлаждается только область 16 внутренней поверхности сверхпроводящей оболочки 1, а остальная , защи1ценная от доступа холодного испаряющегося газообразного гелия и жидкого гелия термоизолирующими прокладками 4 и 5, охлаждается значительно медленнее. Для устранения доступа холодного газообразного гелия к поверхности сверхпроводящей оболочки 1, термоизолирующие прокладки 4 и 5 выполнены по форме, аналогично форме соответствующих поверхностей оболочки и плотно прилегают к этим поверхностям, при этом длина прокладок превышает длину оболочки. Таким образом, после начала охлаждения на сверх проводящей оболочке 1 возникает температурное поле, которое имеет равномерный градиент температуры вдоль оболочки, наиболее низкой температурой обладает область 16, а наиболее высокой температурой обладает открытый конец оболочки. Зарождение сверхпроводящей фазы происходит вблизи центра дна, где температура Т Т и BQ BC П ) (7(4 - критическая температура сверхпроводникового материала, в,-, (Т) индукция критического магнитного поля этого материала при температуре Т, BQ - индукция внешнего магнитного поля. Значительную роль при этом играет фактор размагничивания как всей сверхпроводящей оболочки 1 в целом, так и отдельных ее областей относительно внешнего поля. Так, поскольку вначале охлаждается ограниченная центральная область 16 сверхпроводящей оболочки 1 (диаметр которой по крайней мере на порядок меньше половины малой оси оболочки, то коэффициент размагничивания п этой области близок к единице, а следовательно, критическое магнитное поле с- ДЛЯ, центральной части области 16-очень мало даже при температуре, ..з.начительнониже критической. Так как различные области дна сверхпроводящей оболочки 1 (их можно предста вить в виде соосных кольцеообразных областей) под разными углами ориентированы относительно внешнего поля BO, значение ортогональ.ной составляющей внешнего поля В, будет максимальным в центре дна и минимальным возле открытого конца оболочки. Это приводит к тому, что в то время как Щентральная часть области 16 находиз ся еще в нормальном (не сверхпроводя щем) состоянии, поскольку БО 7 Вр(Т (хотя и ее температура Т Т,-) , пер воначальный, зародь и сверхпроводящей фазы возникает на некотором расстоянии от центра дна, где не только Т TC, но и BO Bci(T) . Благодаря осевой симметрии распределения внешнего поля Eg и .температурного поля относительно центра дна первоначально возникающая сверхпроводящая фаза будет представлять собой одну или несколько концентрически расположенных сверхпроводящих кольцеобразных областей, разделенных друг от друга нормальными кольцеобразными областями. Первоначально образовавшееся внутреннее с1верхпроводящее кольцо захватывает магнитный поток i , равный произведению площади кольца S, на индукцию внешнего магнитного поля . Ф Bg-S. По мере дальнейгчего охлаждения сверх проводящей оболочки 1 сверхпроводящая фаза будет расти как по направлению к центру дна, так и по направлению к открытому концу оболочки. Вследствие закона сохранения магнитного потока Б сверхпроводниках, захваченный магнитный поток Ф| распространяться на весь объем полос ти оболочки и на всю ее длину, по мере перехода ее в сверхпроводяи:ее состояние, и определять индукцию В остаточного замороженного магнитного поля в ее полости . Отсюда становится очевидным, что индукция остаточного поля будат равна В , гле S - пло1.1адь поперечного сечения сверхпроводящей оболочки.1. Следовательно, чем меньше площадь первоначально образовавшегося сверхпроводящего кольца в центре дна сверхпроiзoдящeй оболочки 1/ тем меньше остаточное замороженное поле В в ее полости. Кроме того, в связи с тем, что сверхпроводящая оболочка 1 выполнена.в виде полуэллипсоида вращения, для которого коэффициенты размагничивания п областей дна и стенок изменяются равномерно от цент ра дна к открытому сонцу, распростра нение переднего фронта сверхпроводящей фазы от центра дна к открытому концу сверхпроводящей оболочки 1 происхо.цит равномерно, без опсрежеш-1я в отдельных ча1стях оболочки. Благодаря этому, на дне и стенках сверхпроводящей оболочки 1 не образуются кольцеобразные замкнутые сверхпроводящие области, которнле захватывают внешнее магнитное поле и, таким образом, увеличивают остаточное замороженное поле. После перехода в сверхпроводящее состояние всей сверхпроводящей оболочки 1 жилкий гелий подается в трубку 11 гелиевого сифона и начинает охлаждаться сверхпроводящая оболочка 2, находящаяся в ослабленном поле В . . После перехода в сверхпроводящее состояние всей сверхпроводящей оболочки 2 подается жидкий гелий в трубку 12 гелиевого сифона и начинает охлаждаться сверхпроводящая оболочка 3. В результате происходит дальнейшее ослабление остаточного магнитного поля В г2 до значения Bj « 8,2. а общее ослабление К Во/Вз магнитного поля Земли в области 15 оболочки 3 равно произведению коэффициентов экранирования сверхпроводящей оболочки 1 (К ) сверхпроводящей оболочки 2 (KQ ) и сверхпроводящей оболочки 3 (К J ), т.е. . К К Ко-К, .Для дальнейшего ослабления поля может использоваться четвертая, пятая и т.д. сверхпроводящие оболочки с термйизолирующими прокладками аналогичной конфигурации. Количество сверхпроводящих оболочек в магнитном экране устанавливается исходя из необходимого значения остаточного магнитного поля. Таким образом, предлагаемый сверхпроводящий .1агнитныи экран позЕО.пяе.повысить эффективность экранирования на два-три порядка, благодаря существенно повысится точность измерений в области сверхслаьы.ч магнитtujx полей, и расширится диапазон измерени, Формула изобр- тения Магнитный экра;-;, содержаии-гй г. сверх проводящих оболочек с коаксиальными термоизолирующими прокладками, распо.ложенными на внешней и внутренней поверхностях каждой из оболочек, трубки гелиевьт1х сифонов, расположенные в полости каждой из оболочек, на дне каждой из внутренних .oизoлиpyющих прокладок выполнено осевое отверстие, отличающийся там, что, с целью повышения эффективности экранирования, сверхпроволя;дип оболочки, и термоизолирующие прокладки выполнены в виде полуэлл1 псо; да вращения, оси которого удовлетворяют следующему соотношению: . 3; Ь /10,