Способ определения магнитной текстуры материалов

(51)4 6 01 Я 23/02 ОПИСАН К АВТОРСКОМ ТЕНИЯ ИЗО ТЕЛЬСТ ен ериала ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) 1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНОЙ ТЕКСТУРЫ МАТЕРИАЛОВ, включающий облучение образца исследуемогоматериала пучком поляризованных зле 8092327 ментарных частиц при различной оритации образца.относительно пучка частиц, отличающийся тем,что, с целью расширений номенклатурыисследуемых материалов, а также расширения диапазона исследуемой толщины материалов, образец отлучают пучком поляризованных положительно заряженных мюонов с такой энергией, чточастицы останавливаются в образце,измеряют временное распределение числа распадов мюонов в заданном направлении для не менее чем пяти ориентаций образца относительно пучка мюонови по полученному временному распределению числа распадов определяют компоненты тензора магнитной текстурыИзобретение относится к области измерения физических параметров вещества, а именно.к измерению параметров пространственного (объемного) распределения магнитных полей в исследуемом образце относительно выделенного направления (например, относительно направления проката) и может быть использовано для технологического контроля широкого класса магнитных материалов при производстве трансформаторов, генераторов электрического тока, магнитных экранов и т.д.В настоящее время известен способ определения параметров магнитной текстуры, основанный на взаимодействии исследуемого образца с постоянными и переменными магнитными полямиОднако в этом способе получаемая информация носит только качественный характер и результаты измерений могут быть ошибочными из-за .влияния на текстуру магнитного поля,:в которое помещается образец.1Наиболее близким к предлагаемому является способ определения магнитной текстуры материалов, включающий облучение образца исследуемого материала пучком поляризованных элементарных частиц при различной ориентации образца относительно пучка частиц.В этом способе небольшой образец помещается в пучок поляризованных нейтронов и измеряется поляризация пучка, прошедшего через образец, при различной ориентации образца относительно пучка нейтронов. Поляризация прошедшего пучка нейтронов будет зависеть от магнитной текстуры образца.Нейтронный метод исследования, магнитной текстуры применим в основном для исследования материалов со. слабым ферромагнетизмом (например, ферритов). 11 ри изучении материалов с сильным ферромагнитизмом (сплавына основе железа, никеля и т.д,) применение нейтронного метода ограничивается толщиной образца, так как пучок нейтронов быстро деполяризуется из-за больших значений магнитной индукции доменов. Кроме того, ряд веществ обладает повышенным сечением захвата тепловых нейтронов, что также ограничивает применимость нейтронного метода. В обоих этих случаях использование нейтронного методасвязано с приготовлением тонких образцов, что нарушает их магнитнуютекстуру и не позволяет получитьтрехмерного распределения магнитныхполей в образце. сБ(,К)=А 11+а Р (О) 1 с (и +1 Йнормирующий множитель;коэффициент асимметрии р е -распада;значения поляризации пучка,экстраполированное к моментуС=О;направление регистрации позитронов распада;компонента;тензор магнитной текстуры;макроскопическое поле домена;компоненты;символ Кронекера;гиромагнитное отношение длямюона;единичный антисимметричныйтензор 3-го ранга; 45 Р (0) 50 1 сдфоы,К 55 е ырра Целью изобретения является расширение номенклатуры изучаемых материалов, а также расширение диапазонаисследуемой толщины материалов.Указанная цель достигается тем,что в способе определения магнитнойтекстуры материалов, включающем облучение образца исследуемого материа 15 ла пучком поляризованных элементарных частиц при различной ориентацииобразца относительно пучка частиц,образец облучают пучком поляризованных положительно заряженных мюонов20 с такой энергией, что частицы останавливаются в образце, измеряют временное распределение числа распадовмюонов в заданном направлении дляне менее чем пяти ориентаций об 25 разца относительно пучка мюонов и пополученному временному распределениючисла распадов определяют компоненты тензора.магнитной текстуры материала,Компоненты тензора магнитной текстуры вычисляют с помощью формулыи - орт вектора координатной оси; ,Т- время жизни мюона.РТензоры со штрихами и и 1 о, заданные в лабораторной системе координат, связаны с соответствующими тензорами и р и Р в системе координат образца посредством матриц поворота.Предлагаемый, способ основан на использовании явления взаимодействия магнитного момента мюона с магнитным 10 полем того домена образца, в котором остановился мюон. При неколлинеарности векторов .локального магнитного поля и магнитного момента мюона спин мюона будет прецессировать с соответ ствующей этому полю ларморовской частотой до момента распада мюона, ко+ торый происходит по схеме р - е + +1 + 1 . Благодаря закону несохраненияе мчетности при ре-распаде угловое рас-,20 пределение позитронов распада харак.теризуется резкой асимметрией по отношению к направлению спина мюона.Поскольку спин мюона прецессирует, то вероятность распада в заданном найравлении будет осциллировать с той же частотой.Переходя к ансамблю мюонов, можно сказать, что измерение числа распадов в определенном направлении позво ляет определять среднее значение спина ( Я ) ансамбля мюонов в данный момент времени, или их поляризацию Р 231. Для ансамбля остановившихся в веществе мюонов в момент времени С 0 число позитронов распада в малый телесный угол в направлении Еза время Йй будет определяться формулой (1); При различной ориентации образца относительно пучка мюонов 40 и направления на регистрирующий счетчик будет изменяться экспериментально наблюдаемая величина дМ(й,1 с)/ЙС, т.е. будет меняться как относительное число позитронов, зарегистриро ванных счетчиком, так и их распределение во времени. Это обстоятельство дает возможность определить тензоры и иМ, (с).50Симметричный тензор 2-го ранга и , определяемый формулой (2) характеризует выстроенность доменов образца. Главные оси этого тензора логично назвать осями магнитной тек стуры. В этих осях тензор текстуры и,будет диагональным, а величины диагональных элементов будут являть" ся количественной характеристикой . магнитной текстуры образца. В дальнейшем тензор и будет называться тензором магнитйой текстуры.Тензор р р характеризует времен 1ный ход поляризации ансамбля мюонов и определяет. временное распределение позитронов распада,.попадающих в регистрирующий счетчик; Среднее по вре- мени значение компонент этого тенэора согласно формуле (3). равно нулю. Для образцов с малым разбросом полей: в доменах его можно аппроксимировать как . - .Л 1Р,с Ю=Ре соз( )Е+Х). (4)Такая аппроксимация оправдана при М. При этом круговая частота сд будет определяться модулем среднего магнитного поля в доменах, а- разбросом значений этих полей. Как показывают эксперименты, затуханием, в железе мало, начиная.с температуры 30 К и выше, когда мюон диффундирует по порам кристаллической решетки.Вектор аР (О) в формуле (1) опреРделяется экспериментально из калибровочных измерений на образце из меди (с такой же как в исследуемом образце тормозной толщиной) во внеш.нем магнитном поле, перпендикулярном направлению спина мюона.Измерения тензора магнитной текстуры осуществляется следующим образом. Пучок продольно поляризованных мюонов, сформированный мю-мезонным каналом, затормаживается и останавливается в образце. Момент остановки мюона в образце регистрируетсяс помощью сцинтилляционных счетчиков ("старт" времени отсчета). Далеесистема "ждет" появления позитронараспада и регистрирует его("стоп"времени отсчета). Применяемая фильтрация служит для обрезания низкоэнергетичных позитронов, увеличивая тем самым коэффициент асимметрии.Информация об интервалах времени "старт-стоп" накапливается в анализаторе или в ЭВМ.Для нахождения тензора и необходимо произвести измерения при различных ориентациях образца относительно пучка мюонов. Удобно брать комбинации углов 6, М и.Ч, приведенные в таблице. При этих комбинациях рабочие формулы для вычисления тензора сильно упрощаются. Получаемые для каждой комбинации углов 9,(коэффициент асимметрии);15Х - начальный сдвиг фазы;Я - фон случайных совпадений (Я ссЯ ),Поскольку амппитуды а(6Ч).включают в себя информацию о первоначальной поляризации пучка мюонов,то для исключения этой зависимостипри определении компонент тензорамагнитной текстуры следует ввестинормированную поляризацию Р(О,Ч,Ч), 25определяемуюформулой(6) 30где а (6,Р,Ч) - амплитуда прецессиидля медного образцапри соответствующихуглах 8 и Ч (зависимость от угла Ч отсутствует).Комбинация углов поворота мишени,град. 0 0 0 0 45 0,014+0,028 0,038+0,028 0,142+0,025-45 0 0 45 135 у, Чф) гистограммы временного распределения позитронов распада аипроксимируются 1 согласно формуле (1 Ц следующим выражением: В этом случае компоненты тензорамагнитной текстуры определяются изследующих выражений: и =1-Р(0,0,0),и 2-.Р(45,0,0)- -Р(-45,0,0).-и=1 2 Ы (45, О, О)- - Р(-45,0,0 Ц,и =2-Р(0,45,0)- -Р(0 -45 0)-иви =и, =1/2 Р(0,45,0)- -Р(0,-45,0)1,и и ,=Р(45,0,45-Р(45,0, 135)- 2 а,Компоненты тензора магнитной текстуры определялись для четырех образцов из электротехнических сталей: ЭЗЗО ГОСТ 34-15,. ЭЗЗО ГОСТ 34-15 и Э 240 ГОСТ 24-12 и НВ (японская сталь). Далее первые три образца для коаткос-. ти обозначены как НЛЗ 34 -15 ВИЗ 34-15 и ВИЗ 24-12. Каждый образец представ-, лял собой пакет из пластин толщиной 0,3 мм,размеры пакета 100 х 100 х 6 мм. При сборкепакетов пластины ориентировались одинаковым образом; за выделенное направление принималось направление проката. Для калибровочных измерений использовалась медь марки М 1. Размеры медного образца 100 х 100 х Определены следующие компоненты тензора магнитной текстуры материалов: 1) для стали НЛЗ 34-15 О, 149+0,069 0,049+0,093 0,001+0,0380,049+0,093 0,811+0,070 0,013+0,039 0,001+0,038 0,013+0,039 0,172+0,030 2) для стали ВИЗ 34-150,166+0,052 0,051+0,068 0,014+0,028 О, 05 1+0, 068 О, 87 5+0, 053 О, 038+0, 028 3) для стали НВ0,229+0,048 0,032+0,067 0,009+0,025 0,032+0,067 0,949+0,052 0,033+0,030 0,009+0,025 0,033+0,030 0,100+0,022 4) для стали ВИЗ 24-120,336+0,067 -0,024+0,084 0,009+0,036 0,024+0,084 0,604+0,067 0,022+0,036 0,009+0,036 0,022+0,036 0,265+0,031923273 Редактор О.Кузнецова ТехредМ.Ходанич Корректор Е.Сирохман Заказ 6979/3 Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 45Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.:Проектная, 4 Из приведенных данных видно, что первые три образца обладают резко выраженной магнитной текстурой, т.е. у них существует выстроенность доменов в направлении, близком к направ лению проката (на это указывает большая величина компоненты п ). У образца из стали ВИЗ 24-12, наобброт, текстура выражена значительно слабее (на.это указывает уменьшение вели 1 О чины и. и увеличение а, и и ),%Ятак как эта сталь является слаботекстурованной дикамиой сталью.Предлагаемый способ измерения магнитной текстуры имеет следующие преи 15 мущества перед известными способами: 8,определяется объемная (трехмерная) количественная характеристика распределения доменов.в образце;нет искажения результатов измерений от внешних. магнитных полей;не требуется предварительного знания ориентаций осей легкого намагничивания;нет ограничений на форму образцов; нет ограничений на вещество образца;. раибольШая толщина образца лимитируется требованием вылета позитронов с энергией до 50 Мэв, что соответствует толщинам в 10-15 г/см .