Hадпровідhиковий магhітhий мікроскоп

Изобретение относится к области магнитных измерений с помощью приборов со сверхпроводимостью и может быть использовано для неразрушающей магнитной диагностики, в том числе для измерения магнитного поля физических микрообъектов (типа включений магнитных микрочастиц) независимо от агрегатного состояния (как в твердых телах так и в жидкостях), а также воссоздания топологии токовых путей в проводящих объектах, дающей информацию о неоднородности и дефектах. Известен магнитный микроскоп [1], который содержит размещенные в криостате чувствительный элемент СКВИД и узел для установки исследуемого объекта. Как и заявляемое изобретение известный аналог содержит размещенный в криостате чувствительный элемент СКВИД и узел для установки исследуемого объекта. Причиной, препятствующей получению технического результата является то, что исследуемый объект и чувствительный элемент расположены в одном и том же криостате, что ограничивает температурный диапазон исследований, например, исследования не могут быть проведены при комнатной температуре. Ограничен также круг исследуемых объектов, допускающих охлаждение до криогенных температур, В качестве прототипа выбран магнитный микроскоп [2], который как и заявляемое изобретение, содержит размещенный в криостате чувствительный элемент СКВИД и узел для установки и перемещения исследуемого объекта, размещенный в окружающей среде. Причиной, препятствующей получению технического результата является удаленность датчика от исследуемого объекта, что уменьшает чувствительность измерений и пространственное разрешение магнитного микроскопа. В основу изобретения поставлена задача создать такой сверхпроводниковый магнитный микроскоп, в котором введение нового элемента позволило бы максимально "приблизить" СКВИД к исследуемому объекту и при этом сохранить возможность исследования при температуре окружающей среды, либо при любой другой температуре и за счет этого увеличить чувствительность и пространственное разрешение микроскопа. Сущность изобретения согласно п.1 формулы заключается в том, что сверхпроводниковый магнитный микроскоп содержит размещенный в криостате чувстви тельный элемент СКВИД, узел для установки и перемещения исследуемого объекта, размещенный в окружающей среде и ферромагнитную антенну, которая размещена между СКВИДом и узлом для установки и перемещения исследуемого объекта. Сущность изобретения согласно п.2 формулы заключается в том, что в сверхпороводниковом магнитном микроскопе согласно п.1 формулы между СКВИДом и ферромагнитной антенной размещен сверхпроводящий трансформатор потока. Сущность изобретения согласно п.3 формулы заключается в том, что в сверхпроводниковом магнитном микроскопе согласно пп.1 и 2 формулы антенна выполнена из двух последовательно размещенных частей с зазором между ними, расположенным в вакуумной рубашке криостата. Заявляемое изобретение отличается от прототипа тем, что сверхпроводниковый магнитный микроскоп снабжен ферромагнитной антенной, размещенной между СКВИДом и узлом для установки и перемещения исследуемого объекта, а также тем, что между СКВИДом и ферромагнитной антенной размещен сверхпроводящий трансформатор потока и антенна выполнена в виде двух последовательно размещенных частей с зазором между ними, расположенным в вакуумной рубашке криостата. Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретение и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. Введение в конструкцию магнитного микроскопа ферромагнитной антенны и размещение ее между СКВИДом и объектом позволяет "приблизить" СКВИД к исследуемому объекту и таким образом усилить измеряемый сигнал, а также увеличить пространственное разрешение за счет размещения ферромагнитной антенны непосредственно на поверхности исследуемого объекта. Индуктивная связь антенны и СКВИДа может быть реализована в общем случае непосредственно. Проблема согласования низкоиндуктивного СКВИДа и высокоиндуктивной антенны снимается регулируемой малой взаимоиндуктивностью между СКВИДом и антенной. Это достигается подбором оптимального расстояния между ними, при котором положительный эффект концентрации потока превышает паразитное возрастание индуктивности СКВИДа и увеличение шума в нем, В случае больших внешних электромагнитных помех целесообразно введение в устройство сверхпроводящего трансформатора потока любого типа, и размещение его между СКВИДом и антенной. В этом случае проблем согласования СКВИДа и антенны не возникает, так как здесь высокоиндуктивная антенна связана с высокоиндуктивным трансформатором потока. В отличие от прототипа, в котором СКВИД и объект разделены внутренней, внешней стенками криостата и зазором между ними (вакуумной рубашкой), что составляет величину порядка сантиметра и приводит к ослаблению напряженности магнитного поля в районе СКВИДа (напряженность с расстоянием убывает по закону в заявляемом изобретении это расстояние может быть сведено практически к нулю, т.к. антенна располагается на поверхности объекта. Все это приводит к увеличению чувствительности измерений (обнаружению магнитных включений малого размера) и увеличению пространственного разрешения (разделению вкладов в сигнал от разных источников). СКВИД и исследуемый объект находятся при различных температурах: СКВИД при криогенной (4,2 или 77К) температуре, исследуемый объект при произвольной. Выполнение ферромагнитной антенны из двух частей максимально сближенных без теплового контакта позволяет уменьшить теплоприток в криостат, т.к. тепловой поток в этом случае прерывается, а магнитный поток остается практически тем же самым. На фиг.1 и 2 изображено заявляемое устройство, которое состоит из следующи х элементов: 1 - СКВИД, 2 - криостат, 3 ферромагнитная антенна, 4 - исследуемый объект, 5 - узел установки и перемещения исследуемого объекта, 6 - сверхпроводящий трансформатор потока. Магнитный микроскоп работает следующим образом. Исследуемый объект 4 размещают в узле 5. Приближают криостат 2 с выступающей за пределы внешней рубашки ферромагнитной антенной 3 к поверхности объекта. Перемещая в горизонтальной плоскости объект относительно ферромагнитной антенны и измеряя на конце антенны напряженность магнитного поля СКВИДом 1 непосредственно (фиг.1), либо используя сверхпроводящий трансформатор потока (фиг.2) получают информацию о распределении магнитных частиц в исследуемом объекте. Если через объект пропускать электрический ток, то при наличии в нем дефектов (трещин, пустот, неоднородного распределения примесей) линии тока будут искажены, что в свою очередь приведет к появлению особенностей в магнитном изображении поверхности. Авторы провели экспериментальные исследования лабораторного макета сверхпроводникового микроскопа с ферромагнитной антенной. Полученные данные подтверждают посылки, лежащие в основе предлагаемого изобретения.