Спосіб визначення критичної густини струму у надпровідниках

Спосіб визначення критичної густини струму у надпровідниках, який полягає у тому, що індук ують змінним полем струм у надпровіднику за рахунок зміни взаємного розташування надпровідника та постійного магніту, магнітний момент якого зорієнтовано вздовж лінії переміщення, та реєструють силу їх взаємодії, який відрізняється тим, що реєструють силу взаємодії надпровідника та постій ного магніту при найменшій відстані між ними, визначають за отриманим значенням сили ту відстань, для якої це значення сили досягається для ідеального жорсткого надпровідника, визначають різницю цих відстаней, визначають максимальне значення паралельної до поверхні надпровідника компоненти магнітного поля постійного магніту, а значення густини критичного струму визначають за формулою: Винахід відноситься до неруйнівного контролю, зокрема до вимірювання електричних властивостей матеріалів магнітними методами, та може бути використаний для визначення струмопровідної здатності виробів з надпровідникових матеріалів. Відомий спосіб визначення густини критичного струму у надпровіднику, згідно з яким до матеріалу кріплять чотири електроди, за допомогою яких здійснюють електричний контакт. Пропускають струм через два з них, та вимірюють стрибок різниці потенціалів за допомогою двох інших при перевищенні струмом критичного значення. (Залесский В.Ю. Определение критического тока сверхпроводящей керамики. Химия. Техника. 1989, 2, №3, с. 71-77.) Основним недоліком відомого способу є необхідність встановлення електричних контактів, тому що виникають похибки завдяки локальному розігріву у місцях електричних контактів, а при великих струмах відбувається локальна втрата матеріалом надпровідних властивостей, що додатково спотворює результат вимірювання величини густини критичного струм у. Відомий спосіб визначення густини критичного струму, за яким виготовляють зразок з надпровідника у формі кільця, одягають його на індукційну котушку, подають на котушку індуктивний імпульс, індукують змінним магнітним полем струм у надпровіднику та вимірюють детектуючою котушкою індуктивності зміну струм у у часі. Критичну густину струму визначають за максимальним струмом у котушці індуктивності. (В. В. Немошкаленко, Иванов М. А., и др. Взвешенное состояние магнита над и под высокотемпературным сверхпроводником. - К.: Препринт. ИМФ.6.89.) Недоліком цього способу є недостатня точність та надійність результатів вимірювання, обумовлені конструкційним рішенням способу. Найбільш близьким за технічною сутністю до запропонованого є спосіб визначення густини критичного струм у у надпровідниках (А.С. СССР № 1711102 МКП G01R 33/035,19/08 Бюл. № 5, 92 г.), який полягає у тому, що індукується змінним магнітним полем струм у надпровіднику за рахунок зміни взаємного розташування надпровідника та постійного магніту, магнітний момент якого зорієнтовано вздовж лінії переміщення, та реєструють силу їх взаємодії, причому збільшення відстані тіла та постійного магніту починають на нелінійній ділянці зміни сили взаємодії. Густин у критичного струму визначають за формулою J=К(НВ/ХВ)DХ, де ХВ - найменша відстань між тілом, що досліджують, та постійним магнітом, НВ - напруженість поля на відстані ХВ від магніту, DХ - довжина лінійної ділянки зміни сили взаємодії з відстанню, К - чисе Jc = c b , 8p Dz (19) UA (11) 37848 (13) A де с - швидкість світла, b - паралельна до поверхні надпровідника компонента магнітного поля постійного магніту, Dz - розбіжність у відстані між надпровідником та магнітом, на якій визначено силу, та відстані, для якої це значення сили досягається для ідеального жорсткого надпровідника. 37848 льний коефіцієнт. Недоліком цього способу є невисока точність визначення густини критичного струму у надпровідниках за рахунок необхідності встановлення розташування нелінійної ділянки залежності сили взаємодії надпровідника з магнітом від відстані між ними, що ускладнює процес визначення та знижує точність визначення. Технічною задачею винаходу є створення способу визначення густини критичного струму, який би забезпечив високу точність та спростив процес визначення. Поставлена задача вирішується тим, що індукують змінним магнітним полем струм у надпровіднику за рахунок зміни взаємного розташування надпровідника та постійного магніту, магнітний момент якого зорієнтовано вздовж лінії переміщення, та реєструють силу їх взаємодії, причому реєструють силу їх взаємодії при найменшій відстані між надпровідником та магнітом, визначають за отриманим значенням сили ту відстань, для якої це значення сили досягається для ідеального жорсткого надпровідника, визначають різницю цих відстаней, визначають максимальне значення паралельної до поверхні надпровідника компоненти магнітного поля постійного магніту, а значення густини критичного струму визначають за формулою: Jc = c b , 8p Dz силу та відстань, для якої це значення сили досягається для ідеального жорсткого надпровідника. Спосіб здійснюють наступним чином. Судина Дьюара 1 розміщена на платформі 2. У судині Дьюара 1 розміщується циліндричної форми холодопровід 4, на дні якого розміщується надпровідник 9. Судина Дьюара 1 закривається тепловим екраном 8 з отвором 3 по середині. В отворі 3 розміщують стрижень 10, знизу до якого прикріплено через тензодатчик 11 постійний магніт 7, верхня частина якого сполучена з системою крокових двигунів 5. У судину Дьюара наливають рідкий азот 6, що через холодопровід 4 охолоджує зразок 9. Струм у надпровіднику 9 індукувався завдяки зміні взаємної відстані між надпровідником 9 та постійним магнітом 7 від максимального значення 400 мм до мінімального 0,5 мм і назад (тут z — це відстань від постійного магніту 7 до поверхні надпровідника 9). Постійний магніт 7 з SmCo5 діаметром 15 мм та висотою 8 мм (з урахуванням феромагнітної підставки ефективна висота постійного магніту становила d=12,7 мм) з досить однорідним вертикальним намагніченням 4pМ=9236 Гс (магнітне поле, виміряне датчиком Хола у центрі постійного магніту на відстані 0,8 мм від нижньої поверхні становило 3350 Гс). Магнітне поле постійного магніту 7 обчислювалось як поле соленоїду з такими самими розмірами, та з поверхневою густиною струму J=сМ=7350 А/см. Всі досліджені зразки з надпровідника були також циліндричної форми, діаметром 30±0,5 мм та висотою 17,5±0,5 мм. Після охолодження надпровідника 9, за першого циклу руху постійного магніту 7, залежність вертикальної сили від відстані між постійним магнітом та надпровідником виявляє так звану "першу гістерезу", що є обумовленою різними значеннями сили під час першого спуску та першого підйому постійного магніту. Другий та наступні цикли описують "другу гістерезу", що є вужчою за першу: сила за другого спуску скрізь крім точки z менша від сили за першого спуску, а другий (та наступні) підйоми, у межах точності вимірювання, співпадають із першим. За визначеним значенням сили для мінімальної відстані між магнітом та надпровідником обчислюють відстань z для якої для ідеального жорсткого надпровідника досягається це значення сили. З розбіжності відстаней визначають густину критичного струму. За формулою (1) визначають густину критичного струму. Отримані значення густини критичного струму запропонованим та відомим способами представлені у таблиці для зрізків YВа2Сu3O 7-х з однієї партії виготовлення. З таблиці видно, що значення критичної густини струму, отримані різними способами близькі, але запропонованим способом, більш точні. Це підтверджує достовірність та точність способу. (1) де с - швидкість світла, b - паралельна до поверхні надпровідника компонента магнітного поля постійного магніту, Dz - розбіжність між відстанню між надпровідником та магнітом, на якій визначено силу та відстань, для якої це значення сили досягається для ідеального жорсткого надпровідника. На фіг. зображено схему пристрою. Спосіб реалізується за допомогою приладу, що складається з судини Дьюара (1), платформи (2), отвору (3), холодопроводу (4), системи крокових двигунів (5), рідкого азоту (6), постійного магніту (7), теплового екрану (8), надпровідника (9), стрижня (10), тензодатчика (11). Сутність запропонованого технічного рішення полягає в тому, що величину густини критичного струму отримують порівнянням реального зразка з ідеальним. В запропонованому способі індукують змінним магнітним полем струм у надпровіднику за рахунок зміни взаємного розташування надпровідника та постійного магніту, магнітний момент якого зорієнтовано вздовж лінії переміщення, та реєструють силу їх взаємодії при найменшій відстані між надпровідником та магнітом, при цьому досягається найменша похибка, за отриманим значенням сили визначають ту відстань, для якої це значення сили досягається для ідеального жорсткого надпровідника, визначають різницю цих відстаней z, визначають максимальне значення паралельної до поверхні надпровідника компоненти b магнітного поля постійного магніту, значення густини критичного струм у Jc визначають за формулою: Jc = Таблиця Температура К c b , 8p Dz 1 2 де с - швидкість світла, b - паралельна до поверхні надпровідника компонента магнітного поля постійного магніту, Dz - розбіжність між відстанню між надпровідником та магнітом, на якій визначено 79 79 Jc A/cm 2 відомий спосіб 1,7×104 1,7×104 Jc A/cm 2 запропонований спосіб 1,71×104 1,83×104 Спосіб можна використовувати як у лабораторних, так і в промислових умовах. Головна перева 2 37848 га запропонованого методу у порівнянні з відомим полягає в тому, що він дозволяє спростити та підвищити достовірність та точність вимірів густини критичного струму у надпровідниках, та проводити безконтактні неруйнівні експресні виміри. Фіг. 3 37848 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4