Устройство для измерения вольт-амперных характеристик сильноточных сверхпроводников при разных значениях индукции магнитного поля и температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК Зан 0 Н 01 0 АРственный кОмитет сссР ЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ Е ИЗОБРЕТЕНИСВИДЕТЕЛЬСТВУ ПИС ВТОРСКОМУ юл, Р 35и Л.С. Ширшов.Р. Техника ниперимента. Пода, М., "Мир",Могикан С.Н.1974, р. 316. оИЗМЕРЕНИЯ СТИК СИЛЬНОПРИ РАЗНЫХ ИТНОГО ПОЛЯее криостат, жены термо- агревателем(54) (57) УСТ ВОЛЬТАМПЕРНЫ ТОЧНЫХ СВЕРХ ЗНАЧЕНИЯХ ИНД И ТЕМПЕРАТУРЫ внутри которо стат, теплоо ОЙСТВО ДЛЯ ХАРАКТЕР РОВОДНИКО УКЦИИ МАГсодержащ го располо менник с н. для регулирования температуры, сверх- проводящий трансформатор с первичной питающей обмоткой и вторичной обмоткой с исследуемым образцом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с.целью расширения функциональных возможностей устаройства и повышения точности измерений, устройство дополнительно содержит источник внешнего магнитного поля в виде сверхпроводящего магнита, сверхпро" водящий магнит расположен в криостате, первичная обмотка сверхпроводящего трансформатора расположена в криостате, а вторичная обмотка с исследуемым образцом расположена в термостате, причем исследуемый образец размещен в апертуре сверхпроводящего магнита.15 20 35 40 50 55 60 65 Изобретение относится к физике твердого тела, а конкретно к устройствам для йэмерения вольтамперных характеристик сверхпроводящего материала при разных значениях температуры и индукции магнитного поля и .предназначено для лабораторных исследований сильноточных сверх- ,проводников,Известно устройство для измерения вольтамперных характеристик сверхпроводящего (СП) материала, в .котором исследуемый образец располагают в термостатированном объеме, температура которого регулируется прокачкой газа, имеЮщего определенную Т (температуру) (4,2 КТ420 К), откачкой паров жидкого гелия (при Т (4,2 К) или при помощи нагревателя для создания Т4,2 К. При достижении заданной температуры в образец, расположенный во внешнем магнитном поле, вводится ток от источника питания и.измеряются вольтамперные характеристики образца в различных магнитных полях при данной температуре 13В такого рода устройствах большую трудность представляет ввод .больших токов через электровводы в термостатированный объем. Электровводы образуют тепловой мост меж ду внешней средой и образцом, который находится при заданной температуре, Джоулевы потери в электровводах и теплоприток по ним искажают температуру образца и уменьшают точность измерений. Электроды, расположенные непосредственно в зоне регулирования температуры, значительно усложняют конструкцию устройства, так как необходимо применять тепловые развязки для поддержания на выходе электровводов температуру образца, например делать электровводысверхпроводящими и поддерживать их температуру одинаковой с образцом.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения вольт; амперных характеристик сильноточных сверхпроводников при разных значениях индукции магнитного поля и температуры, содержащее криостат, внутри которого расположены термостат, теплообменник с нагревателем для регулирования температуры, сверхпроводящий трансформатор с первичной питающей обмоткой и вторичной обмоткой с исследуемым образцом Г 2 3 Недостатком устройства является расположение в термостате двух об" моток сверхпроводящего трансформатора с магнитным сердечником, имеющим большую массу, что увеличивает тепловую инерционность устройства и затрудняет регулирование температуры сверхпроводящего образца.Электровводы, расположенные в термостате, являются дополнительно ,источником тепловыделений в термостатируемом объеме. При изменениимагнитного поля в термостате выделяется тепло из-за гистерезисных по-.терь в магнитном экране и сверхпроводящем материале первичнойобмотки трансформатора,Измерение характеристик сверхпроводящего. образца (СП образца ) производится в магнитном поле, создаваемом первичной обмоткой транс-форматора, что ограничивает максимальное, значение индукции магнитно.го поля, которое составляет 1,2 Тлдля данного устройства, Для исследования характеристик СП образцовв широком диапазоне температурнеобходимо обеспечить работу СПтрансформатора при температуре до18 К, поэтому первичная обмотка должна быть выполнена из материала наоснове сплавов ИЬЗЯп или 73 Са скритической температурой Тс = 18 К,который более хрупкий по сравнениюсо сплавом ХЬТ 1 с Т= 9 К. Для замены СП образца необходимо произвести разборку устройства, что приводит к дополнительным затратамвремени и потерям жидкого гелия,связанным с охлаждением криостата до Т = 4,2 К.Цель изобретения - расширениефункциональных йозможностей устройства и повышение точности измеренийпутем повышения точности регулирования температурыи увеличения диа-пазонавнешнего магнитного поля.Поставленная цель достигаетсятем, что устройство дополнительносодержит источник внешнего магнитного поля в виде сверхпроводящегомагнита, сверхпроводящий магнит расположен в криостате, первичная обмотка сверхпроводящего трансформатора расположена в криостате, а вторичная обмотка с исследуемым образцом расположена в термостате,причем исследуемый образец размещенв апертуре сверхпроводящего магнита,На чертеже представлено устройство, общий вид.В криостате 1 находится источник 2 внешнего магнитного поля -сверхпроводящий магнит, в центрекоторого расположен исследуемыйобразец (сверхпроводник ) 3, подключенный к выводам вторичной обмотки4 СП трансформатора. Образец 3 ивторичная обмдтка 4 расположейыв термостате 5, Тонкостенные трубыиз нержавеющей стали б образуют ва."куумнув полость, служащую для изо"ляции термостата от криоатата. Теплообменник 7, на котором расположен10 электроиагреэатель 8, соединяет термостат 5 с объемом криостата 1 ниже уровняжидкого гелия. Поток газа через термостат 5 создается гелиевым эжектором 9, величина кото- рого регулируется вентилем 10, рас положенным на гаэосбросной линии 11. Первичная обмотка 12 СП трансформа" тора, расположенная в криостате 1, запитынается через. электровводы 13, . Источник 2 магнитного поля подключен к источнику питания через электровводы 14. Сменный шток 15, содержащий термостат 5, уплотняется на крышке криостата 1 фторопластовым уплотнением 16. Индукционная катушка 17 служит для измерения тока образца. Термометр 18 используется для измерения темпера туры в месте расположения образца 3. Измерительные провода выведены через герметичный разъем 19 20Устройство работает следующим образом,Сменный шток 15 уплотняется на крышке криостата 1. Эжектором 9 задается поток газообразного гелия,. 25 величина которого регулируется вен- тилем 10. Регулированием мощности, подводимой к электронагревателю 8 . теплообменника 7, задается темпера-. тура газообразного гелия Нез, З 0 контролируемая термометром 18, При достижении заданной температуры Т в термостате источником 2 магнитного поля задается фиксированное значение индукции магнитного поля В, В первичную обмотку 12 СП трансформатора вводится ток от источника питания .и регулируется зависимость . напряжения на образце 3 от тока об- разца, измеряемого тороидальной ин дукционной катушкой 17, подключенной 40 к интегратору. Далее процедура из-, мерений повторяется при разных значениях магнитного поля. После измерения вольтамперных характеристик при заданной температуре Т меняется величина мощности, лодводимой к злектРонагревателЮ, и задается следующее значение температуры Т 2.Для достижения Т (4,2 К объем термостата заполняется жидким гелием Неж иэ криостата, эжектором 9 производится откачка паров гелия, наг" реватель при этом отключен.Расположение вторичной обмотки СП трансформатора с образцом в термостате, а первичной обмотки транс-" форматора и источника магнитного поля в криостате позволяет уменьшить массу объекта, расположенногов зоне регулирования температуры, что, снижает расход гелия для достижения заданной температуры, при этом уменьшается тепловая инерционность системы, что позволяет быстрее менять температурыРасположение источника внешнего магнитного поля в криостате позволяет получить большие магнитные поля, так как нет ограничений на объем СП материала обмотки. Применение в устройстве в качестве источника поля СП соленоида с апертурой Ф 60 мм позволяет достигнуть магнитное поле с индукцией 6 Т. Данное расположение СП обмотокпозволяет исключить теплопритоки вкриостат по электровводам, джоулевы потери в электровводах поглощаются жидким гелием в криостате, уДанное устройство позволяет повысить точность регулирования температуры и уменьшить. расход гелия,при этом измерение характеристикСП образца производитсядо токов20 кА. Устройство может найти при-менение при лабораторных исследованиях характеристик сильноточныхсверхпроводников,1043754 Составитель И. ЯкимецН.Лазаренко Техред И.МетелеваКорректор И. Ва к шкин ППП фПатент Ужгород, ул. Проектная, 4 аз 7349/57 Тираж ВНИИПИ ГосУдаРств по делам изобр 113035, Москва, Ж"303ного комитетений и открыРаушская на ПодписноСССРйс д.4/5