Способ контроля тепловой стабильности сверхпроводящих свч- резонаторов

 

Изобретение относится к технике СВЧ-измерений и может быть использовано для контроля параметров сверхпроводящих СВЧ-резонаторов путем импульсного теплового воздействия на внутреннюю поверхность резонатора и измерением временной зависимости температуры внешней поверхности с последующей обработкой амплитудно-временных характеристик полученных сигналов. Способ позволяет одновременно оценить эффективность отвода тепла от внутренней поверхности резонатора через стенки в окружающий жидкий гелий, а также выявить наличие и местоположение дефектов в объеме материала резонатора.

(19 (В

Щ) у Н 01 I 39/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОтнРытиям

ПРИ ГКНТ ССа (21) 4444079/31-25 (22) 20.06.88 (46) 15.04.90. Бюл. Ф 14 (71) Научно-исследовательский институт ядерной -физики при Томском политехническом институте им. С.М.Кирова (72) Н,А.Ничинский и Г.М.Самойленко (53) 621.313(088.8) (56) Диденко А.Н., Севрюкова А.А., Ятис А.А. Сверхпроводящие ускоряющие

СВЧ-структуры.И.: Энергоатомиздат, 1981.

Piel Н. Diagnostic methods of

superconducting cavitus and identiйiса хon of phenomene. Proc. of workshop on RF Superconductivity, r) sruhe, 1980, р. 85-118.

Изобретение относится к технике

СВЧ-измерений и может быть использовано для контроля параметров сверхпроводящих (СП) СВЧ-резонаторов, в частности для выявления неоднородностей в материале СП СВЧрезонаторов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей способа.

Способ осуществляют следующим образом.

На наружной поверхности сверхпроводящего СВЧ-резонатора, изготов-, ленного, например, из ниобия, раз2 (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕПЛОВОЙ СТАБИЛЬНОСТИ СВЕРХПРОВОДЯ ИХ СВЧ-РЕЗО-

НАТ0Р0В (57) Изобретение относится к технике СВЧ-измерений и может быть использовано для контроля параметров сверхпроводящих СВЧ-резонаторов путем импульсного теплового воздействия на вкутреннюю поверхность резонатора и измерением временной зависимости темперагуры внешней поверхности с последующей обработкой амплитудно-временных характеристик полученкых сигналов. Способ позволяет одновременно оценить эффективность отвода тепла от внутренней поверхно- g сти резонатора через стенки в окружающий жидкий гелий, а также выявить наличие и местоположение дефектов

С: в объеме материала резонатора. мещают систему датчиков температуры. Для обеспечения вазможности измерения температуры внутренней поверхности СПР при наружном расположе-нии датчиков, последние предварительно подвергают калибровке, проводимой по известному способу ка образцах той же толщины, что и стенка исследуемого СПР. Резонатор помещают в криостат и охлаждают жидким гелием до рабочей температуры. Затем в резонатор вводят СВЧ-мощность и. фиксируют амплитудные и временные õaрактеристикк сигналов с датчиков температуры (например, путем ввода в

1557605

ЭВИ, осциллографираванием и др.), после чего СВЧ-мощность выключают, систему датчиков дистанционно перемещают в,другое положение, включают СВЧ-генератор и процесс измерений повторяют до тех пор, пока не будет снята температурная карта всей поверхности резонатора. После этого путем обработки амплитудно-временных характеристик полученных сиг- налов строят карты пространственного распределения температуры внутренней поверхности резонатора и температуропроводности материала сте.нок резонатора, по которым делают вывод о пределах тепловой стабильности исследуемого резонатора и налйчии и местоположении дефектов материала. При этом для построения 20 карты пространственного распределения температуры внутренней поверхности резонатора используют информацию о максимальной амплитуде сигнала с датчика температуры в каждой точ- 25 ке измерения, а пространственное распределение температуропроводности . материала СИР строят на основе временной зависимости величины сигнала с датчика температуры в каждой точке измерения в интервале времени от момента включения СВЧ-генератора до достижения сигналом максимального значения и вычисления коэффициентов температуропроводности в каждой точке.

Предлагаемый способ контроля тепловой стабильности СП СВЧ-резонаторов был экспериментально проверен на цилиндрическом„резонаторе трех. сантиметрового диапазона с величиной добротности до 5 ° 10 . Резонатор изготовлен из ниобия высокой чистоты, внутренние размеры: диаметр 42 мм, высота 42 мм, толщина стенки 5 мм.

На.,наружной поверхности цилиндриче- 45 ской части резонатора. размещают три-предварительно откалиброванных датчика низких,температур типа КГ-Г, выводы которых подсоединяют к входу запоминающего осциллографа тина.

СС8-12, Резонатор вместе с датчиками помещают в криостат и охлажают жидким гелием до температуры 4,2 К. Затем в резонатор импульсами вводят

СВЧ-энергию, на экране осциллографа фиксируют картину изменения температуры наружной поверхности резо- натора во времени, из которой находят необходимое для расчетов значение t. В проведенных экспериментах типичное значение t составляет 0,5 с, откуда следует, что измеренное значение коэффициента температуропро-. водности ниобия при 4,2 K составляет

2, 1 10 см /с, что совпадает с известными литературными данными.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определять причины и места возникновения тепловой нестабильности СПР (либо это наличие дефектов поверхностного токонесущего слоя сверхпроводника, либо наличие дефектов во внутренних слоях материала). В зависимости от местонахождения и природы дефектов для доводки СПР могут быть применены совершенно разные технологии, направленные на совершенствование структуры или поверхности, или объема сверхпроводника. Кроме того, предлагаемый способ позволяет прогнозировать величину предельно достижимого уровня напряжения СВЧ-поля в конкретных сверхпроводящих СВЧ-резонаторах непосредственно в рабочих условиях.

Формула изобретения

Способ контроля тепловой стабильности сверхпроводящих СВЧ-резонаторов, включающий подвод СВЧ-энергии и измерение температуры наружной поверхности резонатора прокалиброванными датчиками температуры, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа, измеряют изменение температуры наружной поверхности во времени, определяют пространственное распределение коэффициента температуропроводности материала стенки резонатора, по величине температуропроводности судят о пределах тепловой стабильности резонатора, а по его отклонениям от среднего значения су дят.о наличии дефектов в объеме стенки резонатора и их местоположении.