Магнитный экран

О П И С А Н И Е (1)955214ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 61 Дополнительное к авт ид-ву 22) Заявлено 16,03. 81 (21) 3261107/18-2 1 М. Кл.6 12 В 17/02153 УДК 621,317. ,44(088.8) 82. Бюллетень М 9 3 публикован 30,08,82. ия оп а опублико н 72) Авторизобретени И. Иере ме 71) Заявите 54) млГнитный экР рую 1 дие прокладки,В 11 ЕШНО 1"1 И ВН; ТОЕН 11 гайи и 3 Обо:1 счеиз внутренних теркл адок выпоз 1 нс 11 Ог 2) ИЗОЛ 1е на1 ажд"аждой альные термо располокенны говерхности чем на дне к моизолируюши осевое отвер тие о Изобретение Относится к измерительной технике и может быть использованодля исклю"1 ения в 11 Н.111 Н 11 магнитного поля Земли, при настройке и испытанияхпервичных преобразователей средствизмерения параметров магнитного поля,Известен сверхпронодяШий магнитнь 1 й экра 11 который содержит сверхпроВОДЯШУ 1 О ТОНКОСТЕННУЮ С ТОЛШИНОй СТЕН -ки на два порядка меньше диаметра,цилинДрическую оболочку с полусферическим дом, трубку гел 11 еного сифона,расГ 1 Оложенную в полости Оболочки,Г 1 ри этом конец трубки находится наДне упомянутой обОлОчки с 1 згНедостатком такого экрана является большое остаточное магнитное поле,обусловленное не равномерным пере ходомОболочки в сверхпроводяШее сбстояние,из-за бесдОРЯДочного Охлаждеиия дцаи стенок оболочки холодным испарялдимся газообразным гелием, когдасверхпроводяшие Области хаотическивозникают на дне и стенках экрана изахватом, вследствие этого, внешнего магнитного потока,Известен многосгойный сверхпроводяа 1 ий магнитньй экран, содержашийтонкостенные цилкйдрические с 1-образные снерхпроводя 1:1 ие оболочки, коаксиНедостатком такого сверхпрсвслд 1 -шего экрана является относительноеболь:.Гое остаточное магнитное полев экранированном пространстве, обусловлен 1.Ое тем, ч".с сбласть центрспь -ной части д 11 а с 11 ерхт.ронОД.-,Шей Оболоч -ки, расположенна:1 в месте осевогоотверстия во внутренней термоизолирую 11 ей прокладке, в которой происходит захват части внешнего магнитногополя при охлаждении и гереводе Оболочки в сверхпроводя 11 ее состояние,имеет значительные размеры, а такжетем, что имеется большая вероятностьзахвата части внешнего поля в цилиндрических стенках оболочки из-за одинакового коэффициента размагничивания для областей стенок оболочки повсей ее длине, начиная от дна и кончая открытым концом оболочки,Цель изобретения - повышение эффективности экранирования.Поставленная цель достигается тем,чт в магнитном экране, содержащема свеохпроводящих оболочек с коаксиальными термоизолирующми прокладками, расположенными на внешней и внутренней поверхностях каждой из оболочек, трубки гелиевых сифонов, расположенные в полости каждой иэ оболочек, на дне каждой из внутренних твр;моизолируюцих прокладок выполненоосевое отверстие, сверхпронодящиеОболочки и термоизолируюшие прокладки выполнены н виде полуэллипсоида Овращения, оси которого удовлетворяют следующему соотношению где а - длина большой полуоси;Ь - длина малой полуоси,1 " диаметр осевого отверстия.На чертеже показана конструкция многослойного сверхпроводящего магнитного экрана, для числа слоев, равного трем. Экран содержит три расположенные коаксиаль на сверхпроводяце оболочки 1-3 выполненные н гиде вытяну 25 тых полуэллипсоидов вращения, термоизоирующие прокладки 4-9, трубки 10-12 гелиевы;:. Сифонов, Ме;кду термоизолирующей прокладкой 5 сверхпроводящей оболОчки 1 и термоизолируюшей прокладкой 6 сверхпроводящей. оболочки 2 размещена трубка 10 гелиевого сифона, Между термоизолирующей прокладкой 7 сверхпроводящей оболочки 2 и термоиэолируюшей про кладкой 8 сверхпроводящей оболочки 3 размещена трубка 11 гелиеного сиФона. Трубка 2 гелиевого сифона размещена в полости сверхпроводящей Оболочки 3. На дне термоизолирующих 40 прокладок 5, 7 и 9, расположенных иа в;утренних поверхностях сверхпронопящпх оболочек 1-3, выполнены осевые отверстя 13- 15, через которые Осуществляется охлаждение внут- РРННИХ ПОРЕРХтОСтЕЙ С ВЕРХЕРОВОДЯШИХ Оболочек, так. ч ГО Област 1 16-18 нутре и .х поверхностей сверхпронопяцих оболочек 1-3 не защищены тер Ои з о яру вцми прокладками .Размеры сверхпроьОДЯщИХ Оболочек50 1-3 выбираю тс и такими,. чтобы от н О- шение большей Оси (2 а) каждой оболочки и малой оси (2 Ь) было не меньше чем 3",1, что связано с требованием минимального размера центральной час ти областей 16-18 ортогональных направлению ндукци внешнего магнитнсО поля Вв, Чем меньше размеры эти,":." областей, те; меньше возможные захв:.:. енине ьагнитные потоки в этих б 0 областях которыеОпределЯют ин -.;Фзек вивтОсть Окраниоонания. Кроме того че. больше отношение 2 а/2 Ь, б 5 тем выше эффективность экраниронания внешнего магнитного поля, прони,кающего через открытые концы сверхпроводящих оболочек 1-3 в экранированные объемы, Многослойный сверхпроводящий магнитный экран работает следующим образом.Свврхпроводяшие оболочки 1-3 экрана находятся в нормальном (т.е.ыв снерхпроводящем) состоянии и поддействием индукции. магнитного поляЗемли Во, которое направлено вдольосей экрана. При подаче жидкого гелияв трубку 10 гелиевого сифона начинаетохлаждаться сверхпроводяшая оболочка 1.Благодаря наличию на ней термоизолируюших прокладок 4 и 5, изготовленных,например, из пенопласта, и отнерстия13 н термоиэолирующей прокладке 5,быстро охлаждается только область 16внутренней поверхности сверхпроводящей оболочки 1, а остальная часть,защиенная от доступа холодного испаряющегося газообразного гелия и жидкого гелия термоизолируюшими прокладками 4 и 5, охлаждается значительномедленнее, Для устранения доступахолодного газообразного гелия к поверхности сверхпроводяшей оболочки 1,термоизолирующие прокладки 4 и 5 выполнены по Форме, аналогично Формесоответствующих поверхностей Оболочки и плотно прилегают к этим понерхностям, при этом длина прокладокпревышает длину оболочки. Таким образом, после начала охлаждения на сверхпроводящей оболочке 1 возникает температурное поле, которое имеет равномерный градиент температуры вдольоболочки, наиболее низкой температурой обладает Область 16, а наиболеевысокой температурой обладает открытый конец оболочки,Зарождение сверхпроводящей Фазы происходит вблизи центра дна, где температура Т с Т и В оВс (Т) (Тс - критическая температура сверхпроводникового материала, ВС (Т) индукция критического магнитного поля этого материала при температуре Т, В - индукция внешнего магнитного поля). Значительную роль при этом играет фактор размагничивания как всей сверхпроводящей оболочки 1 в целом, так и отдельных ее областей относительно внешнего поля. Так, поскольку вначале охлаждается ограниченная центральная область 16 сверх- проводящей оболочки 1 (диаметр которой по крайней мере на порядок меньше половины малой оси оболочки), то коэффициент размагничивания и этой области близок к единице, а следовательно, критическое магнитное поле В 1 для центральной части области 16 очень мало даже при температуре, значительно ниже критической, Таккак различные области дна сверхпроводящей оболочки 1 (их можно представить в виде соосных кольцеообразных областей) под разными углами ориентированы относительно внешнего поля Вв, зчачение ортогональной составляющей внешнего поля В , будет максимальным в центре дна и минимальным возле открытого конца оболочки. Это приводит к тому, что в то время как центральная часть области 16 находив ся еще в нормальном (не сверхпроводящем) состоянии, поскольку Во 1В (Т) (хотя и ее температура ТТс ) первоначальный зародыш сверхпроводящей фазы возникает на некотором рассто янии от центра дна, где не только ТТс, но и Ве Вс(Т). Благодаря осевой симметрии распределения внешнего поля В 1 и температурного поля относительно центра дна первоначально возникающая сверхпроводящая фаза будет представлять собой Одну или несколько концентрически расположенных сверхпроводящих кольцеобразных областей, разделенных 25 друг От друга нормальными кольцеобразными Областямк. Первоначально образовавшееся внутреннее сверхпроВодяцее кольцо захватывает магнитный поток Ф, , равный ПОоизведекию плошади кольца Б к на индукцию внешнеК 1го магнитного голя ф = В, кЬ о По мере дальнейшего охлакдейия сверх- проводящей оболочки 1 сверхпроводящая Фаза будет расти как по направлению к центру дна, так к по направлению к открытому концу оболочки, Вследствие закона сохранения магнитного потока в сверхпроводниках, захваченный магнит 1 ый пОтОк Ф будет1 распространяться на весь объем полос тк оболочки и на всю ее длину, по мере перехода ее в сверхпроводяшее сос 1 ояние, и огределять индукцию В остаточного замороженного магнитного поля В ее полости . 01 сюда станоьится 45 ОЧЕВИДНЬМ 1 ТО ИНДУКЦИЯ ОСТ 2 ТОЧНОГР поля буде . равна В., = Вр 5 /51,где 5, - площадь поперечного сечения сверхг 1 роводящей Оболочки.1, Следовательно, чем меньше площадь первона чально образовавшегося сверхпроводящего кольца в центре дна сверхпроВодяшей оболочки 1, тем меньше Остаточное замороженное поле В 1 в ее полости. Кроме того, в связи с тем, что сверхпроводящая оболочка 1 выполнена в виде полуэллипсоида вращения, для которого коэффициенты размагничивания и областей дна и стенок изменяются равномерно от центра дна к открытому концу, распространение переднего фронта сверхпроводяшей Фазы от центра дна к открытому ко 1 у сверхпроводяшей оболочки 1 происходит равномерно, без опережеия в гдельных частях оболочки. 65 Благодаря этому, на дне и стенках сверхпроводяшей оболочки 1 не образуются кольцеобразные замкнутые сверх- проводящие области, которые захватывают внешнее магнитное поле и, таким образом, увеличивают остаточное замороженное поле.После перехода в сверхпроводящее состояние всей сверхпроводящей оболочки 1 жидкий гелий подается в трубку 11 гелиевого сифона и начинает охлаждаться сверхпроводящая оболочка 2, находящаяся в ослабленном поле В . После перехода в сверхпрово дящее состояние всей сверхпроводящей оболочки 2 подается жидкий гелий в трубку 12 гелиевого сифона и начинает охлаждаться сверхпроводящая оболочка 3. В результате происходит дальнейшее ослабление остаточного магнитного поля В,1 до значения В 3В, а общее ослабление К = Во/Вмагнитного поля Земли в области 15 оболочки 3 равно произведению коэффициентов экранирования сверхпроводяцей оболочки 1 (К 1 = Во/В 11, сверхпроводящей оболочкк 2 (Е,1 = В 1/В ) и сВЕрхпрО- водящей оболочки 3 (К= В/В-), т.е. К = К К К .Для дальнейшего ослабления поля может использоваться четвертая, пятая и т.д, сверхпроводящие оболочки с термдизолируюшими прокладками аналогичной конфигурации. Количество сверхпроводящих оболочек в магнитном экране устанавливается исходя из необходимого значения остаточного магнитного поля.Таким образом, предлагаемый сверх- проводящий магнитный экран позволяет повысить эффективность экранирсвания на два-три порядка, благодаря чем;существенно повысктся точность измерений в области сверхслабых магнигкых полей и расширится дапазс 1-: из 1 иерен 11 й .формула кзобр.теняагнитный экран, СОДЯРжашй и сверхпроводяцих оболочек с коаксиальнымитермоизолирующ 11 мк прокладкам, распо -ложекными на внешней и внутренней поверхностях каждой из оболочек, трубки гелиевых сифонов, расположенныев полости каждой из оболочек, на днекаждой из внутренних тер;.Оизолируюших прокладок выполнено осевое отверстие, о т л и ч а ю ш и й с я тям,что, с целью повышения эффективностиэкранирования, сверхпроволяше ОболочКИ и термокзолируюшие прокладквыполнены в виде полуэллпсода вращения, оск которого удовлетворяютследующему соотношению:а ., Ь3; . ) О,955214 где а - длина большой полуоси Ь - длина малой полуоси; ст - диаметр осевого отверстия Источитки инФорматтии,принятые во внимание при экспертиэв