Способ определения параметра магнитной неоднородности ферромагнитного материала

(19) 01)Б 24 ОО 1 Р 3 1 1 Цфф 770 +Гг/ееея ъ, И ЕНИ СКОМУ СВ ЬСТВУ т а внутр ч а ю расши тей с ности металтель ван полярпо изм нов распада и этих колебаний магнитной нео го материала. 3 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИЗОБРЕТ(56) 1. Смит С Вейн Х Ферриты, ИЛ, 1962, с, 156.2, Авторское свидетельство СССР В 819655, к,й. С 01 М 24/00, 1977. (54)(57) С 11 ОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРА МАГНИТНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ ФЕРРОМАГНИТНОГО МАТЕРИАЛА, заключающийся в то регистрируют колебания полян ядер примеси внедрения во ннем магнитном поле, о т л и - щ и й с я тем, что, с целью ения Функциональных возможносособа путем обеспечения возможисследования обьемных образцов ов, в образец вводят дополни- положительно заряженные поляри ые мюоны, исследуют колебания зации затормозившихся мюонов енению скорости счета позитроо скорости затуханияопределяют параметрородности исследуемоФ1103 Изобретение относится к измерениюфизических параметров вещества, аименно к измерению параметров, характеризующих распределение абсолютнойвеличины магнитного поля в ферромагнитных доменах образца, и может бытьиспользовано для технологическогоконтроля широкого класса магнитныхматериалов при производстве трансформаторов, генераторов электрического 1 Отока, магнитных экранов и т.д. поскольку это распределение характеризует электрические потери на перемаг"ничивание образца материала,Известен способ определения параметра магнитной неоднородности (распределения модуля микроскопическихмагнитных полей в доменах), основанный на взаимодействии исследуемогообразца с постоянным и переменными 20магнитными полями 1 .Единственными характеристиками,зависящими от неоднородности распределения макроскопических магнитныхполей в доменах образца, являются 25магнитная восприимчивость и потерина намагничивание. Однако эти характеристики определяются не только неоднородностью рас 30 пределения макроскопических полей в доменах, но и магнитной текстурой образца. Кроме того, в экспериментах по исследованию магнитной восприимчивости и потерь на намагничивание не удается полностью устранить влия 35 ние внешнего магнитного поля на магнитные свойства образца. Поэтому данный способ (базовый объект) позволяет получить только качественную ин 40 формацию о магнитной неоднородности . материала.Наиболее близким к предлагаемому является способ определения параметра магнитной неоднородности ферромаг 45 нитного материала, заключающийся в регистрации колебаний поляризации ядер примеси внедрения во внутреннем магнитном поле 21. Известный способ заключается в следующем, Ферромагнетик помещают в радиочастотное поле, частота которого равна резонансной частоте перехода во внутреннем магнитном поле с возбужденного уровня ядер или элект ронов на основной. Энергия радиочастотного поля при этом резонансно .поглощается электронами (так назы 29 2ваемый ферромагнитный резонанс) или ядрами (ядерный магнитный резонанс),Однако известный способ измерения параметра магнитной неоднородности в основном применим для исследования свойств магнитодиэлектриков и магнитных полупроводников, но не может быть практически применен для определения магнитной неоднородности в ферромагнитных материалах, поскольку он позволяет получать информацию только в очень тонких слоях ферромагнитных материалов (т.е. в скин-слое, равном не более 1 мкм - фактически пленочные измерения). Таким образом, указанный способ, основанный на наблюдении неоднородного уширения линии магнитного резонанса, не позволяет получить информацию, которая важна для характеристики материалов, используемых в промышленности, например электротехнических сталей.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности исследова.ния объемных образцов металлов,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения параметра магнитной неоднородности ферромагнитного материала, заключающемуся в том, что регистрируют колебания поляризации ядер примеси внедрения во внутреннем магнитном поле, в образец вводят дополнительно поло. жительно заряженные поляризованные мюоны, исследуют колебания поляризации затормозившихся мюонов по изменению скорости счета позитронов распада и по скорости затухания этих колебаний определяют параметр магнитной неоднородности исследуемого материала.Предлагаемый способ основан на использовании взаимодействия магнитного момента мюона с магнитным полем того домена образца, в котором остановился мюон. При неколлинеарности векторов локального магнитного поля 1 и магнитного момента мюона спин мюона процессирует с соответствующей модулю этого магнитного поля частотой до момента распада мюона. Магнитное поле Ь есть сумма внешнего магнитного поля, магнитных полей всех диполей образца и контактного поля электронов проводимости. Эту сумму можно представить в видегде В- макроскопическое магнитноеполе в той области, где находится мюон;- намагниченность домена;. - внутреннее дипольное поле,которое зависит от положения мюона в решетке метал" М Ь ла;Вон - контактное поле, создаваемое в точке нахождения мюона электронами проводимосгдесВ ) - среднее по местоположениюКонмюона,значение контактногополя.Переходя к ансамблю мюонов, можно 25 сказать, что измерение числа распадов в определенном направлении позволяет определить среднее значение спина ( 5 Ю ) по ансамблю мюонов или их поляризацию Р=25(1) . Усредне ние по ансамблю мюонов эквивалентно усреднению по местоположениям мюонов в образце, т.е. по .областям с различными значениями ЬИз формулы (2) видно, что различие в значениях Ъ в различных точками образца при быстрой диффузии мюонов обусловлено различием в величинах макроскопических полей В, поскольку значения М и Во постоянны для 40 всех мюонов.Если закон изменения поляризации мюонов от времениимеет вид(3)Р(МР ер(-аЦ ювбЬто распределение В(Ъ) модуля внутреннего магнитного поля в домене, действующего на мюон, подчиняется зако" нуМ(Ъ =й50(6 Ь)где Р(С) - поляризация мюонов в момент времени ;Ро - начальная поляризация мюо нов при С=О;- скорость затухания поляризации; тиПри достаточно быстрой диффузии мюона, когда частота его перехода из поры в пору много больше частоты про цессии, действующие на мюон локаль- . ные поля Ь и В равны средним по местоположению мюона, в поле Ъ определяется формулой-ф В -в ф " 20Ъ д Ь- М+бкоЭн гидромагнитное отношениемюона, равное8,51623 1 О 4 1/ГссЬо - среднее значение магнитного поля на мюоне;Ь - текущее значение магнитного поля на мюоне;Я - нормировочный множитель.Величина ЬЪ в формуле (4) характеризует магнитную неоднородность материала и определяется формулойоЬ= -ВНа фиг. 1 представлена схема установки для реализации способа; на фиг. 2 - одна из экспериментальных гистограмм, исправленная на экспоненту распада мюона.По Ьси Х - номер канала нли время (нс); по оси У - число событий в каждом канале.Установка для измерения параметра магнитной неоднородности материала содержит сцинтилляционные счетчики 1-5 и два медных фильтра 6 и 7, блоки обработки сигналов 8 и 9, блок преобразования время - код 10 и ЗВИ 11, образец 12.Измерение параметра магнитной неоднородности на. установке осуществляется следующим образом. Сформированный в мю-мезонном канале пучок продольно поляризованных мюонов притормаживается фильтром 6 с тем, чтобы наибольшее число мюонов остановилось в. образце 12. Одновременные сигналы со счетчиков 1 и 3 при отсутствии сигнала со счетчика 4 определяют момент остановки мюона в образце 12, т.е. начало отсчета времени. Появление позитрона распада, отождествляемое с одновременными сигналами со сцинтилляционных счетчиков 4 и 5 при отсутствии сигнала со счетчика 2, определяет конец отсчета времени. Сигналы со счетчиков 1, 2, 3 и 4 поступают на блок обработки сигналов 8, который вырабатывает им" пульс начала отсчета времени, Сигналы со счетчиков 4, 5 и 2 поступают на блок обработки сигналов 9, который вырабатывает импульс конца отсчета времени. Фильтр 7 служит для подавления фона случайных совпадений и эффективного увеличения коэффициента симметрии распада мюонов за счет обрезания ниэкоэнергетичных позитронов. Временные интервалы преобразуются в5 1103129 блоке 10 в числа, которые накапливаются в ЭВМ 11 в виде гистограммы.П р и м е р, Параметр магнитной неоднородности определен для следующих образцов: электролитически чистое железо (образец 1), электротехнические стали (образцы 2, 3, 4, 5), Каждый образец представляет собой пакет из пластин толщиной 0,35 мм, размеры пакета 100 х 1006 мм. 1 ОВ таблице представлены полученные из обработки экспериментальных гистограмм времена затухания поляризации для исследованных образцов. В,Гс В, Гс Т, нс Образец,й 25,6+ 1,2 464+28 757+ 70 3563 3729 15,9-1,6 1153-96 10,3+0,9 3713 3673 26,4+1,6 450+30 904+66 13,2+0,9 3697 В, Гс - величина среднего магнитногополя, действующего на мюон в домене;В - разброс магнитных полей в домене(вычислен по формуле 5). Из приведенных данных видно, чтоукаэанные образцы обладают различнойнеоднородностью распределения магнитных полей.Предлагаемый способ определенияпараметров магнитной неоднородностис помощью поляризованных мюонов реализован в лаборатории физики высокихэнергий.Предлагаемый способ измерения параметров магнитной неоднородностиимеет следующие преимущества передизвестными.Наибольшая толщина образца ограни чивается максимальным пробегом позитронов с энергией 52,8 МэВ, что соответствует тол:цинам 10-15 г/см, т.е.2способ позволяет определять параметрмагнитной неоднородности материалов 20 в массивных образцах ферромагнетиков,что дает возможность расширить классматериалов. Регистрация колебанийполяризации мюонов в образце осуществляется по временному изменению чис ла позитронов распада, вылетевшихв фиксированном направлении. Поскольку распад мюонов происходит всегда,способ не требует применения радиочастотных полей, необходимых при исзо пользовании методов ФМР и ЯМР.Кроме того, предлагаемым способомможно исследовать распределение макроскопических магнитных полей какпри отсутствии внешнего магнитногополя, .так и тогда, когда оно отличноот нуля (т,е. нет искажения результатов от внешнего магнитного поля).илиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул,Проектн Заказ 4970/32 Тираж 823 ВНИИПИ Государственно по делам изобретени 113035, Москва, Ж, Подписноо комитета СССРи открытийРаушская наб д. 4/5фф эь ффс