Объемный вч сквид из высокотемпературной сверхпроводящей керамики

 

Применение: может быть использовано для измерений слабых магнитных полей в медицине, геофизике и научных исследованиях. Сущность изобретения заключается в том, что объемный ВЧ сквид из ВТОП выполнен в виде двух симметрично и соосно расположенных открытых полых тел вращения 1, например, цилиндрических стаканов, конусов, параболоидов, имеющих общую перегородку 2 в плоскости симметрии. Тела вращения разрезаны по образующей с одной стороны узкой щелью 3, продолженной до середины перегородки, выполняют функцию концентратов магнитного потока. Контур квантования образован из отверстия 4, расположенного в центре перегородки и слабого звена 5 сформированного в виде перемычки, находящейся в узкой щели вблизи отверстия, соленоида 6. Соединение концентратора магнитного потока и ВЧ сквида открывает новый класс чувствительных элементов: ВЧ cквид - концентраторы, у которых при высокой надежности достигается многократное повышение чувствительности к внешнему магнитному полю. 2 ил.

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

Объемный ВЧ сквид из высокотемпературной сверхпроводящей (ВТСП) керамики представляет собой сверхпроводящий контур, замкнутый на слабое звено, так называемый джозефсоновский контакт, выполненный в виде перемычки [1] Основной недостаток известных ВТСП объемных ВЧ сквидов низкая чувствительность к магнитному полю.

В качестве прототипа выбрана однодырочная конструкция ВЧ сквида [2] Тело сквида выполнено в виде цилиндра из высокотемпературной сверхпроводящей керамики с одним аксиально расположенным на краю цилиндра отверстием. В стенке между отверстием и поверхностью цилиндра вдоль образующей имеется тонкая щель и в ней, обычно ближе к середине, формируется слабое звено в виде перемычки с поперечным сечением приблизительно 30 х 30 кв.мкм.

В такой конструкции слабое звено располагается на образующей цилиндра в зоне максимальных температурных напряжений при циклах: охлаждение до азотных температур нагрев до комнатных температур, причем слабое звено находится в тепловом и электрическом контакте с массой сквида.

Вторым недостатком этой конструкции является низкая чувствительность сквида к внешнему магнитному полю, обусловленная малой площадью поперечного сечения контура квантования. Экспериментально показано, что диаметр отверстия, входящего в контур квантования не может превышать 1,2 мм.

Повысить чувствительность ВТСП объемных ВЧ сквидов с помощью трансформатора магнитного потока, как это делается в низкотемпературных (гелиевых) ВЧ сквидах, невозможно, поскольку технологические трудности, возникшие при изготовлении скрученных микропроводов из ВТСП керамики еще не преодолены.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое устройство создание высокочувствительных объемных ВЧ сквидов из высокотемпературной керамики для измерения слабых магнитных полей.

Сущность изобретения состоит в том, что объемный ВЧ сквид из ВТСП, имеющий контур квантования со слабым звеном, расположенном в щели, выполнен в виде двух симметрично и соосно расположенных открытых полых тел вращения, выполняющих функцию концентраторов магнитного потока, например, цилиндрических стаканов, конусов, параболоидов, полусфер, имеющих общую перегородку в плоскости симметрии, которые разрезаны по образующей с одной стороны узкой щелью, продолжающейся до середины перегородки, а контур квантования образован из отверстия, расположенного в центре перегородки и слабого звена, сформированного в виде перемычки, находящейся в узкой щели вблизи отверстия.

Благодаря новой совокупности признаков ВЧ сквид из ВТСП позволяет принимать сигнал двумя большими площадями раскрыва полых тел вращения и концентрировать его в контур квантования. При этом достигается повышение надежности и многократное повышение чувствительности к внешнему магнитному полю. Соединение концентратора магнитного потока и ВЧ сквида превращает ВЧ сквиды предлагаемый нами новый класс чувствительных элементов ВЧ сквид - концентраторы.

Одновременно повышается избирательность сквида к внешнему магнитному полю за счет формирования диаграммы направленности типа восьмерки. С помощью предлагаемого решения удалось обойти основное препятствие при создании чувствительных ВЧ сквидов из ВТСП: необходимость применения трансформатора магнитного потока, изготавливаемого из микропровода ВТСП керамики. Задачи соединения провода ВТСП в замкнутую сверхпроводящую цепь и изготовление строгой скрутки из керамических проводов еще не решены.

На фиг. 1 представлен внешний вид предлагаемого устройства; на фиг.2 - вариант предлагаемого объемного ВЧ сквида с примером намотки ВЧ катушки резонансного контура.

Тела сквида 1 в приведенной на фиг.1 конструкции выполнено в виде трубки (полое тело вращения) с перегородкой 2 в плоскости симметрии. Трубка по образующей разрезана тонкой щелью 3, которая разрезает перегородку 2 до середины. Контур квантования образован из отверстия 4, расположенного в центре перегородки и слабого звена 5, сформированного в виде перемычки, находящейся в узкой щели вблизи отверстия.

Тело сквида выполнено из двух полых фигур вращения, имеющих общую перегородку и раскрытых в противоположные стороны от плоскости симметрии. Фигуры вращения могут быть не только в виде двух стаканов (как в приведенном примере), имеющих общее дно (перегородку), но и в виде двух параболоидов, сфер, конусов и т.п. фигур в зависимости от конкретного технического применения.

Вариант предлагаемого объемного ВЧ сквида из ВТСП с примером намотки ВЧ катушки резонансного контура изображен на фиг. 2. Сквид состоит из тела сквида 1, перегородки 2, тонкой щели 3, отверстия 4, слабой связи (перемычки) 5, соленоида 6, который является катушкой резонансного контура для связи с контуром квантования. В предлагаемой конструкции ВЧ сквида из ВТСП сигнал принимается двумя большими площадями раскрыва цилиндров, концентрируется в контур квантования и суммируется (удваивается) на слабой связи. Это чувствительный элемент нового класса сквидов ВЧ сквид концентраторов, в которых соединены функции ВЧ сквида и концентратора магнитного потока.

Площадь поперечного сечения контура квантования, установленная экспериментально, для известных ВТСП ВЧ сквидов имеет типичные размеры 3 мм². Применение сквид концентратора с большим диаметром раскрыва полого тела вращения концентратора позволяет принимать сигнал с площади большей на два порядка и удваивать его. За счет такого конструктивного решения чувствительность ВЧ сквидов из ВТСП становится равной чувствительности сквидов, работающих при температурах жидкого гелия.

Формула изобретения

Объемный ВЧ-сквид из высокотемпературной сверхпроводящей керамики, имеющий контур квантования со слабым звеном, расположенным в щели, отличающийся тем, что сквид выполнен в виде двух симметрично и соосно расположенных открытых полых тел вращения, например цилиндрических стаканов, имеющих общую перегородку в плоскости симметрии, которые разрезаны по образующей с одной стороны узкой щелью, продолжающейся до середины перегородки, а контур квантования образован из отверстия, расположенного в центре перегородки, и слабого звена, сформированного в виде перемычки, находящейся в узкой щели вблизи отверстия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2