Устройство для измерения вольт-амперных характеристик сильноточных сверхпроводников при разных значениях индукции магнитного поля и температуры

Устройство для измерения вольт-амперных характеристик сильноточных сверхпроводников при разных значениях индукции магнитного поля и температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТЮ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ : ВОЛЬТАМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИЛЬНОTO JHbJX СВЕРХПРОВОДНИКОВ ПРИ РАЗНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащеекриостат, внутри которого расположены термо- Г стат, теплообменник с нагревателем ; для регулирования температуры, сверхпроводящий трансформатор с первичной питающей обмоткой и вторичной обмоткой с исследуемым образцом, отличающееся тем, что, с.целью расширения функциональных возможностей устаройства и повышения точности измерений, устройство дополнительно содержит источник внешнего магнитного поля в виде сверхпроводящего магнита, сверхпроводящий магнит расположен в криостате , первичная обмотка сверхпроводящего трансформатора расположена в криостате, а вторичная обмотка с исследуемым образцом расположена в термостате, исследу- g емый образец размещён в апертуре сверхпроводящего магнита. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГ(ИЙ (21) 3274101/24-07 (22) 08..04.81 (46) 23. 09. 83. Бюл. Р 35 (72) О.М.. Веселов и Л.С. Ширшов (53) 621. 318. 4. 045 (088 ..8) (56) 1. Оунз-Инс A.Р. Техника низкотемпературного эксперимента. Под ред. Б.И. Самойлова, М., "Мир", 1966, с. 78.

2. Forsyth Е.В., Morgan G.Í.

Gryogenics, June, 1974, р. 316. (54)(.57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВОЛЬТАМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИЛЬНОТОЧНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ ПРИ РАЗНЫХ

ЗНАЧЕНИЯХ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

И ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее криостат, внутри которого расположены термостат, теплообменник с нагревателем

SU„„1043754 А

3 ) Н 01 Е 7 22 Н 01 1. 9 0. для регулирования температуры, сверхпроводящий трансформатор с первичной питающей обмоткой и вторичной обмоткой с исследуемым образцом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с.целью расширения функциональных возможностей устаройства и повышения точности измерений, устройство дополнительно содержит источник внешнего магнитного поля в виде сверхпроводящего магнита, сверхпро" водящий магнит расположен в криостате, первичная обмотка сверхпроводящего трансформатора расположена в криостате, а вторичная обмотка с исследуемым образцом расположена в термостате, причем исследуемый образец размещен в апертуре сверхпроводящего магнита.

1043754

Изобретение относится к физике твердого тела, а конкретно к устройствам для йэмерения вольтамперных характеристик сверхпроводящего материала при разных значениях температуры и индукции магнитного по-. ля и .предназначено для лабораторных исследований сильноточных сверхпроводников.

Известно устройство для измерения вольтамперных характеристик сверхпроводящего (СП) материала, в .котором исследуемый образец располагают в термостатированном объеме, температура которого регулируется прокачкой газа, имеЮщего определенную Т (температуру) (4, 2К < Т <

420К), откачкой паров жидкого гелия (при Т (4,2К) или при помощи нагревателя для создания Т > 4,2К.

При достижении заданной температуры в образец, расположенный во внешнем магнитном поле, вводится ток от источника питания и.измеряются вольтамперные характеристики образца в различных магнитных полях при данной температуре (1 .

В такого рода устройствах большую трудность представляет ввод .больших токов через электровводы в термостатированный объем. Элект20 ду внешней средой и образцом, который находится при заданной температуре. Джоулевы потери в электровводах и теплоприток по ним искажают температуру образца и

35 уменьшают точность измерений. Электроды, расположенные непосредственно в зоне регулирования температуры, значительно усложняют конструкцию устройства, так как необходи40 мо применять тепловые развязки для поддержания на выходе электровводов температуру образца, например делать электровводы сверхпроводящими и поддерживать их температуру одинаковой с образцом.

Наиболее близким к предлагаемому pro технической сущности является устройство для измерения вольт; амперных характеристик сильноточных сверхпроводников при разных значениях индукции магнитного поля и температуры, содержащее криостат, внутри которого расположены термостат, теплообменник с нагревателем для регулирования температуры, сверхпроводящий трансформатор с первичной питающей обмоткой и вторичной обмоткой с исследуемым образцом (2 .

55

Недостатком устройства является расположение в термостате двух обмоток сверхпроводящего трансформатора с магнитным сердечником, имеющим большую массу, что увеличивает тепловую инерционность устройст65 ровводы образуют тепловой мост меж- 30 ва и затрудняет регулирование температуры сверхпроводящего образца.

Электровводы, расположенные в термостате, являются дополнительно . источником тепловыделений в термостатируемом объеме. При изменении магнитного поля в термостате выделяется тепло из-за гистерезисных по-. терь в магнитном экране и сверхпроводящем материале первичной обмотки трансформатора.

Измерение характеристик сверхпроводящего. образца (СП образца ) про-. изводится в магнитном поле, создаваемом первичной обмоткой транс- форматора, что ограничивает максимальное, значение индукции магнитно.го поля, которое составляет 1,2 Тл для данного устройства. Для исследования характеристик СП образцов в широком диапазоне. температур необходимо обеспечить работу CII трансформатора при температуре до

18 К, поэтому первичная обмотка должна быть выполнена из материала на основе сплавов Nb3Sn или V>Ga с критической температурой Т = 18 К, который более хрупкий по сравнению со сплавом NbTi с Т = 9 K. Для замены СП образца необходимо произвести разборку устройства, что приводит к дополнительным затратам времени и потерям жидкого гелия, связанным с охлаждением криостата до Т = 4,2 К.

Цель изобретения — расширение функциональных йозможностей устройства и повышение точности измерений путем повышения точности регулирования температуры и увеличения диа- пазона внешнего магнитного поля.

Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит источник внешнего магнитного поля в виде сверхпроводящего магнита, сверхпроводящий магнит расположен в криостате, первичная обмотка сверхпроводящего трансформатора расположена в криостате, а вторичная обмотка с исследуемым образцом расположена в термостате, причем исследуемый образец размещен в апертуре сверхпроводящего магнита.

На чертеже представлено устройство общий вид.

В криостате 1 находится источник 2 внешнего магнитного поля— сверхпроводящий магнит, в центре которого расположен исследуемый образец (сверхпроводник ) 3, подклю ченный к выводам вторичной обмотки

4 CII трансформатора. Образец 3 и вторичная обмотка 4 расположейы в термостате 5. Тонкостенные трубы из. нержавеющей стали б образуют ва." куумнуЮ полость, служащую для изоляции термостата от криоатата. Теплообменник 7, на котором расположен

-1043754

10 электроиагреэатель 8, соединяет термостат 5 с объемом криостата 1 ниже. уровня жидкого гелия. Поток газа через термостат 5 создается гелиевым эжектором 9, величина кото- рого регулируется вентилем 10, рас- 5 положенным на гаэосбросной линии 11.

Первичная обмотка 12 СП трансформа" тора, расположенная в криостате 1, запитынается через. электровводы 13.Источник 2 магнитного поля подключен к источнику питания через электровводы 14. Сменный шток 15, содержащий термостат 5, уплотняется на крышке криостата 1 фторопластовым уплотнением 16. Индукционная катушка 17 служит для измерения тока образца. Термометр 18 используется для измерения темпера туры в месте расположения образца

3. Измерительные провода выведены через герметичный разъем 19. . 2О

Устройство работает следующим образом.

Сменный шток 15 уплотняется на крышке криостата 1. Эжектором 9 задается поток газообразного гелия,. 25 величина которого регулируется вен- тилем .10. Регулированием мощности, подводимой к электронагревателю 8 .теплообменника 7, задается темпера-,. тура газообразного гелия Не«з, контролируемая термометром 18. При достижении заданной температуры Т :в термостате источником 2 магнитного поля задается фиксированное значение индукции магнитного поля В.

В первичную обмотку 12 СП трансформатора вводится TQK от источника питания .и регулируется зависимость напряжения на образце 3 от тока об- разца, измеряемого тороидальной ин " дукционной катушкой 17, подключенной 0 к интегратору. Далее процедура из-, мерений повторяется при разных значениях магнитного поля. После измерения вольтамперных характеристик при заданной температуре Т„ меняется величина мощности, лодводимой к злектронагревателЮ, и задается следующее значение температуры Т2.

Для достижения Т (4,2 К объем термостата заполняется жидким гелием

Не иэ криостата, эжектором 9 производится откачка паров гелия, нагреватель при этом отключен.

Расположение вторичной обмотки

СП трансформатора с образцом в термостате, а первичной обмотки транс-" форматора и источника магнитного поля в криостате позволяет уменьшить массу объекта, расположенного: в зоне регулирования температуры, что, снижает расход гелия для достижения заданной температуры, при этом уменьшается тепловая инерционность системы, что позволяет быстрее менять температуры..Расположение источника внешнего магнитного поля в криостате позволяет получить большие магнитные поля, так как нет ограничений на объем СП материала обмотки. Применение в устройстве в качестве источника поля СП соленоида с апертурой ф 60 мм позволяет достигнуть магнитное поле с индукцией 6 T

Данное расположение СП обмоток позволяет исключить теплопритоки в криостат по электровводам, джоулевы потери в электровводах поглощаются жидким гелием в криостате.

Данное устройство позволяет повысить точность регулирования температуры и уменьшить. расход гелия, при этом измерение характеристик

СП образца производится до токов

20 кА. Устройство может найти при- менение при лабораторных исследованиях характеристик сильноточных сверхпроводников.

1043754

Составитель И. Якимец

Редактор.Н.Лазаренко Техред H.Ìåòåëåâà Корректор И. Ватрушкина

Заказ 7349/57 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;, д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4