магнітне екранування

Наши партнеры ArtmMisto

Магнітне ЕКРАНУВАННЯ (магнітна захист) - захист об'єкта від впливу магнітного. полів (постійних і змінних). Суч. дослідження в ряді областей науки ( фізика , Геологія, палеонтологія, біомагнетізм) і техніки (космич. Дослідження, атомна енергетика, матеріалознавство) часто пов'язані з вимірами дуже слабких магн. полів ~ 10-14-10-9 Тл в широкому частотному діапазоні. Зовнішні магнітні поля (наприклад, поле Землі Тл з шумом Тл, магн. шуми від елект. мереж і міського транспорту) створюють сильні перешкоди для роботи високочувствіт. магнітометріч. апаратури. Зменшення впливу магнітного. полів в сильному ступені визначає можливості проведення магн. вимірювань (див., напр., Магнітні поля біологічних об'єктів ) .Серед методів М. е. найбільш поширеним є такі.

Екранує, полого циліндра з феромагнітної речовини з (1 - зовн. Поверхню циліндра, 2-всередині. Поверхню). залишковий магнітне поле всередині циліндра

Феромагнітний екран - лист, циліндр, сфера (або оболонка до - л. Іншої форми) з матеріалу з високою магнітною проникністю m низькою залишковою індукцією Вr і малої коерцитивної силою Нс. Принцип дії такого екрану можна проілюструвати на прикладі полого циліндра, поміщеного в однорідне магн. поле (рис.). Лінії індукції зовн. магн. поля B зовн при переході з середовища з в матеріал екрану помітно згущуються, а в порожнині циліндра густота ліній індукції зменшується, т. е. поле всередині циліндра виявляється ослабленим. Ослаблення поля описується ф-лій

де D - діаметр циліндра, d - товщина його стінки, - магн. проникність матеріалу стінки. Для розрахунку ефективності М. е. обсягів разл. конфігурації часто використовують ф-лу

де - радіус еквівалентної сфери (практично пор. Значення розмірів екрану в трьох взаємно перпендикулярних напрямках, т. К. Форма екрану мало впливає на ефективність М. е.).

З ф-л (1) і (2) випливає, що використання матеріалів з високою магн. проникністю [Таких, як пермаллой (36-85% Ni, решта Fe і легуючі добавки) або мю-метал (72-76% Ni, 5% Сu, 2% Сr, 1% Мn, інше Fe)] істотно покращує якість екранів ( у заліза ). Уявний очевидним спосіб поліпшення екранування за рахунок потовщення стінки не оптимальний. Найефективніше працюють багатошарові екрани з проміжками між шарами, для яких брало коеф. екранування дорівнює добутку коеф. для отд. шарів. Саме багатошарові екрани (зовн. Шари з магн. Матеріалів, що насищаються при високих значеннях В, внутрішні - з пермаллоя або мю-металу) складають основу конструкцій магнітозащіщённих кімнат для біомагнітних, палеомагнітних і т. П. Досліджень. Слід зазначити, що застосування захисних матеріалів типу пермаллоя пов'язано з рядом труднощів, зокрема з тим, що їх магн. властивості при деформаціях і значить. нагревах погіршуються, вони практично не допускають зварювання, значить. вигинів і ін. механічні. навантажень. В суч. магн. екранах широко застосовуються ферромагн. металеві скла (Метгласси), близькі по магн. властивостями до пермалой, але не настільки чутливі до механич. впливів. Полотно, зіткане з смужок метгласса, допускає виготовлення м'яких магн. екранів довільної форми, а багатошарове екранування цим матеріалом багато простіше і дешевше.

Екрани з матеріалу з високою електропровідністю (Сu, А1 тощо.) Служать для захисту від змінних магн. полів. При зміні зовн. магн. поля в стінках екрану виникають індукц. струми, к-які охоплюють екраніруемого обсяг. Магн. поле цих струмів направлено протилежно зовн. обуренню і частково компенсує його. Для частот вище 1 Гц коеф. екранування До росте пропорційно частоті:

де - магнітна постійна , - електропровідність матеріалу стінки, L - розмір екрану, - товщина стінки, f - кругова частота.

Магн. екрани з Сu і А1 менш ефективні, ніж феромагнітні, особливо в разі низькочастотного ел - магн. поля, але простота виготовлення і невисока вартість часто роблять їх кращими в застосуванні.

Надпровідні екрани. Дія екранів цього типу засноване на Мейснера ефект - повне витіснення магн. поля з надпровідника. При кожній зміні зовн. магн. потоку в надпровідниках виникають струми, к-які відповідно до Ленца правилом компенсують ці зміни. На відміну від звичайних провідників в надпровідниках індукц. струми загасають і тому компенсують зміну потоку протягом усього часу існування зовн. поля. Та обставина, що надпровідні екрани можуть працювати при дуже низьких темп-pax і полях, що не перевищують критичного. значення (див. Критичне магнітне поле ), Призводить до суттєвих труднощів при конструюванні великих магнітозащіщённих "теплих" обсягів. Однак відкриття оксидних високотемпературних надпровідників (ОВС), зроблене Й. Беднорцем і К. Мюллером (JG Bednorz, К. A. Miiller, 1986), створює нові можливості у використанні надпровідних магн. екранів. Мабуть, після подолання технологич. труднощів у виготовленні ОВС, застосовуватимуться надпровідні екрани з матеріалів, що стають сверхпроводниками при темп-ре кипіння азоту (а в перспективі, можливо, і при кімнатних температурах).

Слід зазначити, що всередині магнітозащіщённого сверхпроводником обсягу зберігається залишкове поле, що існувало в ньому в момент переходу матеріалу екрану в надпровідний стан. Для зменшення цього залишкового поля необхідно прийняти спец. заходи. Напр., Переводити екран в надпровідний стан при малому в порівнянні з земним магнітним. поле в захищуваному об'ємі або використовувати метод "роздуваються екранів", при к-ром оболонка екрану в складеному вигляді перекладається в надпровідний стан, а потім розправляється. Подібні заходи дозволяють поки в невеликих обсягах, обмежених сверхпроводящими екранами, звести залишкові поля до величини Тл.

Активний захист від перешкод здійснюється за допомогою компенсуючих котушок, що створюють магн. поле, рівне за величиною і протилежна за направленням полю перешкоди. Алгебраїчно складався, ці поля компенсують один одного. Наїб. відомі котушки Гельмгольца, що представляють собою дві однакові співвісні кругові котушки з струмом, розсунуті на відстань, рівну радіусу котушок. Досить однорідне магн. поле створюється в центрі між ними. Для компенсації за трьома просторів. компонентів необхідні мінімум три пари котушок. Існує багато варіантів таких систем, і вибір їх визначається конкретними вимогами.

Система активного захисту, як правило, використовується для придушення НЧ-перешкод (в діапазоні частот 0-50 Гц). Одне з її призначень - компенсація пост. магн. поля Землі, для чого необхідні високостабільні і потужні джерела струму; друге - компенсація варіацій магнітного. поля, для якої можуть використовуватися більш слабкі джерела струму, керовані датчиками магн. поля, напр. магнітометрами високої чутливості - СКВИДов або феррозондамі .У великій мірі повнота компенсації визначається саме цими датчиками.

Існує важлива відмінність активного захисту від магн. екранів. Магн. екрани усувають шуми у всьому обсязі, обмеженому екраном, в той час як активний захист усуває перешкоди лише в локальній області.

Всі системи придушення магн. перешкод потребують антивибрация. захисту. Вібрація екранів і датчиків магнітного. поля сама може стати джерелом доповнить. перешкод.

Літ .: Роуз-Інс А., Родерік Е., Введення в фізику надпровідності , Пров. з англ., М., 1972; Штамбергер Г. А., Пристрої для створення слабких постійних магнітних полів, Новосиб., 1972; Введенський В. Л., Ожогин В. І., Надчутлива магнітометрія і біомагнетізм, М., 1986; Bednorz JG, Мullеr К. А., Possible high Тс superconductivity in the Ba-La-Сr-О system, "Z. Phys.", 1986, Bd 64, S. 189. С. П. Наурзаков.

покажчик >>