Объемный вч-сквид из высокотемпературной сверхпроводящей керамики

 

Использование радиотехника, измерение слабых магнитных попей Сущность изобретения сквид выполнен в виде открытого с одной стороны полого тела вращения, например, параболоида, разрезанного с одной стороны узкой щелью до вершины Контур квантования образован на отверстия , расположенного на вершине тела части щели и слабого звена, сформированного в виде перемычки, находящейся в узкой щели 2 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4932551/21 (22) 29.04.91 (46) 15.1193 Бюл. Иа 41-42 (76) Липовка Адольф Александрович; Ланге Владимир Ростиславович (54) ОБЪЕМНЫЙ ВЧ-СКВИД ИЗ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРНПРОВОДЯЩЕЙ КЕРАМИКИ (57) Использование: радиотехника, измерение сла(19) RU (11) 2003130 С1 (51) 5 G 01 КЗЗ 035 бых магнитных попей. Сущность изобретения: сквид выполнен в виде открытого с одной стороны полого тела вращения, например, параболоида, разрезанного с одной стороны узкой щелью до вершины. Контур квантования образован на отверстия, расположенного на вершине тела, части щели и слабого звена, сформированного в виде перемычки, находящейся в узкой щели. 2 ил.

2003130

30

40

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерений слабых магнитных полей в медицине, геофизике и научных исследованиях.

Сквид представляет собой замкнутое кольцо из сверхпроводника, которое в одном или двух местах имеет слабое звено— так называемый джозефсоновский контакт, т.е. часть кольца, где сверхпроводимость существует. но может быть разрушена очень слабым током (10 — 100 мкА), Известен класс низкотемпературных высокочастотных сквидов, работающих в области температур при охлаждении жидким гелием (4,2 К). Наиболее удачной для обьемных ВЧ сквидов является двухдырочная конструкция Циммермана. Этот прибор изготавливается из целого куска ниобия в виде цилиндра и имеет два симметричных отверстия, соединенных узкой прорезью, Слабое звено образуется с помощью ниоби68of винта, вкрученного навстречу винту с плоским торцом, и замыкающего прорезь в центре конструкции. По своей конструкции циммермановский сквид имеет две петли, замкнутые на один контакт, причем петли расположены так, что при изменении однородного поля токи в них компенсируют друг друга в слабом звене. Поэтому сквид не реагирует на колебания однородного поля, а значит, лучше защищен от внешних магнитных шумов.

В одно из отверстий вставляется катушка ВЧ контура, индуктивно связанная с контуром квантования. Площадь поперечного сечения полости контура квантования имеет небольшие размеры, поэтому для приема сигнала с большой площади используется антенна, связь с которой осуществляется посредством сигнальной катушки, вставленной во второе отверстие. Такое входное устройство называется трансформатором магнитного потока.

Недостатком низкотемпературных сквидов является необходимость охлаждать их до температуры жидкого гелия, что является дорогим и технически сложным условием эксплуатации, Указанный недостаток устранен с открытием высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП). В ысокотемпературные сквиды конструктивно выполняются по аналогии с низкотемпературными.

В качестве прототипа выбрана однодырочная конструкция сквида. Тело сквида выполнено в виде цилиндра из высокотемпературной сверхпроводящей керамики и имеет одно аксиально расположенное на краю цилиндра отверстие. В тонкой стенке между отверстием и поверхностью цилиндра делается прорезь и в ней, обычно в середине образующей цилиндра, формируется слабое звено. В такой конструкции слабое звено сильно подвержено влиянию температурных напряжений при циклах охлаждение — нагрев и быстро выходит из строя из-за того, что слабое звено находится в контакте с массой сквида, Вторым недостатком сквида как этой конструкции, так и распространенной двухдырочной конструкции Циммермана является то, что чувствительность сквида к внешнему магнитному полю ограничена изза малой площади поперечного сечения контура квантования. Преодолеть этот недостаток с помощью трансформатора магнитного потока невозможно из-за отсутствия микропроводов из высокотемпературной сверхпроводящей керамики.

Целью настоящего изобретения являетest повышение надежности и чувствительности к внешнему магнитному полю ВЧ ВТСП сквидов.

Указанная цель достигается тем, что объемный ВЧ сквид из ВТСП, имеющий контур квантования со слабым звеном, выполнен в виде открытого с одной стороны полого тела вращения„например, параболоида, конуса, стакана, разрезанного с одной стороны узкой щелью до вершины, а контур квантования образован из отверстия, находящегося на вершине полого тела вращения, части щели и слабого звена, сформированного в виде перемычки, расположенной в узкой щели.

Предлагаемое решение соответствует критерию "существенные отличия", так как благодаря новой совокупности признаков

ВЧ сквид из ВТСП приобретает новое свойство — позволяет принимать сигнал с большой площади раскрыва тела вращения и концентрировать его в контур квантования.

При этом достигается существенное повышение надежности и чувствительности к внешнему магнитному полю ВЧ ВТСП сквидов и превращение их в сквид — концентраторы.

Удалось обойти основное препятствие при конструировании и создании чувствительных ВЧ сквидов из ВТСП вЂ” необходимость fl риме нения трансформатора магнитного потока, изготавливаемого из микропровода ВТСП. Технологические трудности, возникающие при изготовлении . трансформаторов магнитного потока из

ВТСП микропроводов еще не преодолены, На фиг. 1 изображено предложенное устройство, общий вид; на фиг. 2 — предлагаемый обьемный ВЧ сквид из ВТСП с примером намотки ВЧ катушки резонансно2003130 го контура. Тело сквида 1 в приведенной конструкции имеет вид полого, раскрытого с одной стороны параболоида. Параболоид до центра разрезан узкой щелью 2, замкнутой слабым звеном 3, выполненным в виде 5 перемычки вблизи отверстия 4 и помещен в соленоид 5, который может быть намотан на каркас из радиопрозрачного материала. Соленоид является ВЧ катушкой резонансного контура для связи с контуром квантования. tO

В зависимости от конкретного технического применения полое тело вращения сквида может быть в виде конуса, стакана, параболоида, полусферы.

Предлагаемая конструкция ВЧ сквида 15 иэ ВТСП позволяет принимать сигнал с большой площади раскрыва и концентрировать его в контур квантования. В результате появляется новый класс сквидов: сквид— концентраторы, в которых соединены функ- 20 ции сквида и концентратора магнитного потока.

Площадь поперечного сечения контура квантования для известных ВТСП ВЧ сквидов имеет типичные размеры 3 мм Приме- 25 нение сквид — концентратора с диаметром основания (раскрыва полого тела) 13 мм позволяет принимать сигнал с площади 140 мм и концентрировать его в контур квантования. Следовательно, при таких размерах 30 ны полого тела вращения, например параболоида, разрезанного с одной стороны узкой щелью до вершины, а контур квантования образован из отверстия, расположенного на вершине тела. части щели и слабого звена, сформированного в виде

40 перемычки, находящейся в узкой щели.

Формула изобретения

ОБЪЕМНЫЙ ВЧ-СКВИД ИЗ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ

КЕРАМИКИ, имеющий контур квантования со слабым звеном, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и чувствительности к внешнему магнитному полю,. сквид выполнен в аиде открытого с одной сторочувствительность ВЧ сквида к внешнему магнитному полю повышается минимум в 40 раз и становится равной чувствительности низкотемпературных (работающих в жидком гелии) сквидов.

Были изготовлены действующие макеты обьемного ВЧ сквида из иттриевой ВТСП керамики в соответствии с предлагаемым решением. Диаметр основания равнялся 13 мм, диаметр отверстия контура квантования

0,5 мм, Толщина стенки полого тела сквида в форме параболоида вращения равна 1 мм, Ширина щели 0,2 мм. Размеры перемычки (слабого звена), расположенной вблизи отверстия, — 30 х30 мкм.

Испытания этих макетов объемного ВЧ сквида показали высокую надежность и повышение чувствительности к внешнему магнитному полю по сравнению со стандартными ВТСП сквидами в 40 раз, т,е. показали чувствительность низкотемпературных (гелиевых) сквидов, Использование для охлаждения в системах на основе сквидов жидкого азота вместо жидкого гелия позволяет снизить эксплуатационные расходы в 10000 раэ. (56) Заварницкий В,Н., Заварицкий B,Н„

Петров С.В. Письма в ЖЭТФ, 1987, 46, 469.

2003130

Фиг.2

Составитель А.Липовка

Техред М.Моргентал Корректор В.Петраш

Редактор Н.Семенова

Тираж Подписное . НПО " Поиск" Роспатента

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

Заказ 3233

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