БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (СВ)

Лит.: Сверхпроводящие материалы. [Сб. ст.], пер. с англ., М., 1965; Металловедение сверхпроводящих материалов, М., 1969.

И. П. Крылов.

Сверхпроводя'щие магнито'метры, квантовые магнитометры, действие которых основано на Джозефсона эффекте. Чувствительность С. м. достигает 10 -9 гс (10 -13 тл ) , а при измерениях градиента магнитного поля ~ 10 -10 гс/см (10 -12 тл/м ) . Чувствительный элемент С. м. (сокращённо ЧЭ) представляет собой электрический контур из сверхпроводника с контактами Джозефсона (ими могут быть разделяющие сверхпроводник тонкие, ~10 А, плёнки изолятора, точечные контакты и т. п.). ЧЭ реагирует на изменение напряжённости (индукции) магнитного поля, пронизывающего сверхпроводящий контур.

На рис. 1 приведена схема С. м., ЧЭ которого содержит два идентичных контакта Джозефсона, включенных параллельно в цепь источника постоянного тока. Ток, разрушающий сверхпроводимость в ЧЭ (I k c), зависит от электрических характеристик контактов и величины магнитного потока Ф, пронизывающего контур:

I k c= 2 I c|cos p Ф/Ф о|,

где Ф о= 2×10 -7 гс см 2— квант магнитного потока (магнитный поток через сверхпроводящий контур квантуется, см. Сверхпроводимость ) , I c— ток разрушения сверхпроводимости каждого из контактов ( критический ток ) — должен быть мал ( I c ~ Ф о/L, где L — индуктивность контура). С изменением потока Ф ток I k c в контуре испытывает осцилляции ( рис. 2 ). Ток / к сдостигает максимального значения всякий раз, как только изменяющийся поток Ф оказывается равным целому числу квантов потока Ф о, т. е. период осцилляций равен кванту магнитного потока. Если через ЧЭ протекает постоянный ток ~ I k c , то электрическое напряжение на контуре также периодически зависит от Ф. По числу осцилляций можно определить Ф, а зная площадь S сверхпроводящего контура, найти напряжённость Н исследуемого магнитного поля ( Н = Ф/S). Обычно для повышения надёжности работы С. м. в контуре дополнительно возбуждают периодическое магнитное поле модуляции. Возбуждаемое переменное поле имеет амплитуду £Ф о/2S. При наличии поля модуляции на контуре появляется переменное напряжение, фаза которого изменяется прямо пропорционально внешнему полю Н. Измерительный блок С. м. выполняет функции усиления переменной составляющей напряжения на контуре и выделения изменения фазы. На выходе измерительного блока получают сигнал, пропорциональный изменению фазы, а следовательно, значению Н.

С. м. изготовляют также с источниками (генераторами) переменного тока частотой 10 7—10 9гц и с одним контактом Джозефсона в ЧЭ ( рис. 3 ). Ток в ЧЭ возбуждается индуктивно посредством резонансного контура, настроенного на частоту генератора. Одновременно переменный ток низкой частоты (~10 3 гц ) , протекающий через тот же контур, осуществляет модуляцию магнитного поля в ЧЭ. Вольтамперная характеристика ЧЭ нелинейна относительно магнитного поля, которое пронизывает контур. Поэтому фаза низкочастотной модуляции изменяется в зависимости от величины внешнего (исследуемого) магнитного поля. К ЧЭ внешнее поле подводится трансформатором магнитного поля, который состоит из приёмной петли и катушки, индуктивно связанной с ЧЭ (материалом для обмотки трансформатора служит сверхпроводящая проволока, передача потока происходит без потерь). В С. м. рассматриваемого типа трансформатор имеет две входные петли, включенные навстречу друг другу. При таком включении петель ЧЭ реагирует на градиент поля и является градиентометром. Измерительный блок С. м. осуществляет усиление модулированного высокочастотного сигнала и его детектирование. В результате выделяется сигнал низкой частоты, фаза которого пропорциональна измеряемому градиенту поля.

Очень высокая чувствительность С. м. позволила осуществить с их помощью ряд тонких экспериментов: уточнить значения физических постоянных, продвинуть измерение электрического напряжения в область значений 10 -14 в , зафиксировать магнитокардиограммы человеческого сердца и др.

Лит.: Фейнман P., Лейтон P., Сэндс М., Фейнмановские лекции по физике, [пер. с англ.], т. 9, М., 1967; Кларк Дж., Низкочастотные применения сверхпроводящих квантовых интерференционных устройств, «Тр. института инженеров по электронике и радиоэлектронике», 1973, т. 61, № 1, с. 9; Заварицкий Н. В., Ветчинкин А. Н., Установка СКИМП, «Приборы и техника эксперимента», 1974, № 1.

Н. В. Заварицкий.

Рис. 1. Схема сверхпроводящего магнитометра с двумя параллельно включенными контактами Джозефсона для измерения напряженности (индукции) магнитного поля.

Рис. 3. Схема сверхпроводящего магнитометра для измерения градиента магнитного поля (градиентометра).

Рис. 2. Запись осцилляций тока, текущего в сверхпроводящем контуре с двумя параллельными контактами Джозефсона.

Сверхпроводя'щий магни'т,см. Магнит сверхпроводящий.

Сверхскоростна'я киносъёмка,киносъёмка со скоростью свыше 10 5 кадр/сек; применяется в различных областях науки и техники для исследования явлений и процессов, протекающих с весьма высокими скоростями (взрывов, распространения ударных волн, электрических разрядов, ядерных реакций и др.). С. к. используется также при создании учебных и научно-популярных фильмов в качестве метода, дающего возможность зрителю детально рассмотреть все фазы движения объекта съёмки.

Диапазон скоростей 10 5 —10 7кадр/сек перекрывается с использованием методов оптической компенсации и оптической коммутации (об этих методах см. в ст. Высокоскоростная киносъёмка ) , а также электрической коммутации. При С. к. по методу электрической коммутации последовательные изображения формируются на неподвижном светочувствительном материале с помощью ряда идентичных объективов или линз, располагаемых в направлении движения объекта съёмки. При съёмке осуществляется коммутация (переключение) соответствующего числа импульсных источников света, каждый из которых освещает поле съёмки только одного объектива; при этом коммутация должна обеспечивать освещение объекта в тот момент, когда он находится перед очередным объективом.