Способ определения критической плотности тока в сверхпроводниках

 

Изобретение относится к неразрушающему 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

СООЗ СОВЕТСКИХ

ОЮ

РЕСПУБЛИК щ) 0 01 R 33/035, 19/08

ОПИСАНИЕ HSOEPETEHHR

ti llhtOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4788700/21 (22) 24.11.89 (46) 07.02.92„ Бюл. Р 5 (71) Институт металлобиэики AH УССР (72) В.В. Немошкаленко, М.А. Иванов, С.А. Демин, A.Д. Г1орозовский, Б.Г. Никитин, И.Г. Погорелов и К,И. Павлюк (53) 621.317.44(088.8) (56) Немошкаленко В.В., Иванов И.А. и др. Взвешенное состояние магнита над и под высокотемпературным сверхпроводником. — Киев. Препринт. ИГ1Ф.

6,89„

Залесский В,!0. Определение критического тока сверхпроводящей керамики.

Сверхпроводимость: Физика. Химия.

Техника. 1989, 2, У 3, с. 71-77, „Я0„„1711102 А 1

2 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКОЙ

ПЛО НОСТИ ТОКА В СВЕРХПРОВОДНИКАХ (57) Изобрет ние относится к нераэрушающему контролю, в частности к измерениям электрических свойств материалов магнитными методами, и может быть использовано для определения величины критического тока в изделиях из сверхпроводящих материалов. Цель изобретения — расширение диапазона исследуемых образцов. Индуцирование переменным магнитным полем тока осуществляют, сводя и разводя сверхпроводящее тело с постоянным магнитом, и регистрируют силу их взаимодействия, причем разведение начинают на нелинейном участке изменения силы взаимодействия, а критическую плот1711102 ройство, с помощью которого осуществляют способ, содержит сосуд Дьюара 1, гониометрический столик 2, винты 3

5 перемещения, хладопровод 4, опоры 5, жидкий азот 6, испытуемый образец 7, экран 8, постоянный магнит 9, кварцевую нить 10, коромысло 11 весов.

3 ил. 1 табл.

15

Изобретение относится к неразрушающему 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 н сверхпронодниках, по которому к поверхности материала 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 своиств. Кроме того, 40 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 н 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 сверхпроноднике и измеритель.ной катушкой индуктивности регистрируют его изменение но времени. Критическую плотность тока определяют по максимальному току н катушке индук— бХ, НВ к тивности. ность тока jх определяют по формуле

j = A(HB/Х ) = $X, где XB — наименьшее расстояние между магнитом и поверхностью исследуемого тела; H B— напряженность поля в точке Х ; h X— протяженность участка линейного изменения силы взаимодействия при разведении магнита и сверхпроводящего тела; А — числовой коэффициент. УстУказанное не позволяет осуществить выходной контроль качества изделий с высокой точностью и достоверностью, Пелью изобретения является расширение диапазона исследуемых образцов из сверхпроводящих материалов, Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения критической плотности тока н сверхпроводниках путем индуцирования переменным магнитным полем тока н снерхпроноднике индуцирование осушествляют сводя и разводя снерхпронодящее 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 1 определяют по формуле где Х вЂ” наименьшее расстояние между

6 магнитом и поверхностью исследуемого тела;

ll — напряженность поля на расB стоянии Х от магнита; Х вЂ” протяженность участка линейного изменения силы взаимодействия при разведении магнита и сверхпроводящего тела;

Л вЂ” числовой коэффициент, На фиг„ 1 и 2 показаны зависимости, поясняюцие 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.1711102 тела с магнитным полем постоянного магнита. Внешнее магнитное поле Н вь зывает изменение намагниченности сверхпроводящего тела М, которая описывается линией OAR на фиг„ 1 при возрастании напряженности внешнего поля и линией RCD при спадании. На участке RC зависимость линейная, протяженность участка ВС характеризует критическую плотность тока, jk HB-И

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

3 = A — (Х вЂ” Х). (2)

В

Величину (Х вЂ” Хс) = Ь Х находят измеряя силу взаимодействия магнита и сверхпроводящего тела., Она зависит от намагниченности и при разведении на участке RC, гле изменение И пропор)5 ционально изменению Н, также изменяется линейно с изменением расстояния:

Г6 — Г = - (— -) (Хь — Х ), (3)

1 dH

Из (3) следует, что интервал, ÕB- Х соответствует участку перемещения, на котором сила взаимодействия магнита и сверхпроводящего тела изменяется

35 линейно с увеличением расстояния между ними, и в предлагаемом способе протяженность участка- Х вЂ” Хс находят как расстояние, на котором сила взаимодействия изменяется линейно. Учас- 40 ток ВС существует только при уменьшении Н из области нелинейного изменения намагниченности АВ. Критерием достижения требуемой намагниченности является нелинейное изменение силы 45 взаимодействия, поэтому разводят сверхпроводящее тело и магнит после того, как зависимость F(X) становит- . ся нелинейной (фиг. 2).

Ориентируя направление магнитного момента вдоль линии перемещения,достигают максимального взаимодействия сверхпроводника с магнитом, КоэффиHb циент A либо А — для конкретного

B 55 случая определяют калибровкой устройства, проводя измерение X B — Х = Л Х на материале с известным j по форк муле (2) .

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 хлацопровод 4, который закреплен на сосуде Дьюара опорами 5, контактирующий с жидким азотом 6. На хладопроводе расположен испытываемый материал 7, закрытый от внешних тепловь»х воздействий экранами 8. Иад материалом расположен постоя»»ныл» магнит сферической формы 9, прикрепленньп» на кварцевой нити 10 к коромыслу весов 11.

Способ осуществляют следующим образом.

Из сверхпроволящей керамики

УВа С»» О, где Ь = 7, 6,9 и 6,75 изготавливают плас инь» 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

2 (см. таблицу) определяют j< 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 кривь»х (фиг. 2) измеряют длину пути прямолинейного участка изменения веса магнита (Х > — Xc). По известным значениям j», и < Х пи уравнению (2) определяют А (Н /Хс). Рассчитав для сферического магнита Н

В > можно найти постоянную А. Она состав-» ляет 5,6 10 с . После этого повторяют измерения X — Х на образцах прил»еров 1 и 3 с неизвестными 1 .

Ло известным А (Нь/XB) и Хб — ХС с помощью уравнения (2) находят 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 извест171110? где Х вЂ”

П

В Х

Пример Содержание

}кнслорода в УВ1„0ц 0g

2 3

Л/см по способу

T, K IX - Х. к .ри —, =

0,5 мм

107

94 0,27

91,5 0,17

84 0,04

7,0

90

6,75

/ (/ т 1! с

Му ным заключается в том, что он позволяет повысить достоверность измерения критической плотности тока в сверхпроводящем теле а также проводить экс- . У

S прессное измерение бесконтактно и без разрушения иэделия. Способ может быть использован для улучшения выходного контроля качества изделий их сверхпроводящих материалов, например радиоизделий, линий электропередач и т.п. Способ обладает высокой локальностью и позволяет проверить однородность изделия путем замеров в нескольких местах после завершения изготовления изделия °

Формула изобретения

Способ определения критической плотности тока в сверхпроводниках путем индуцирования переменным магнитным полем тока в сверхпроводнике, о т л и и а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона исследуе- 25 мых образцов, изменяют взаимное расположение сверхпроводящего тела с постоянным магнитом, магнитный момент которого ориентируют вдоль линии перемещения, и регистрируют силу их взаимодействия, причем увеличение расстояния тела и постоянного магнита начи гают на нелинейном участке изменения силы взаимодействия, а критическую плотность тока } опреде-к ляют по *ормуле наименьшее расстояние между магнитом и поверхностью исследуемого тела; напряженность поля в точке

Хб протяженность участка линейно . изменения силы вэаимодействия при разведении маг|шта и сверхпроводящего тела;

Л вЂ” числовой коэРхЬициснт ..

Г редлага»- иэвестномому му

1711102

Составитель. В. Немошкаленко

Техред М.Моргентал Корректор Л. Пилипенко

Редактор И. Горная

Заказ 337 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101