脉冲强磁场内高温超导传输特性实验技术

1、第34卷第2期脉冲强磁场内高温超导传输特性实验技术杨凯辜承林(华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074)关键:;磁阻;高温超导体中图分类号:TM15文献标识码:A文章编号:167124512(2006)0220044203ExperimentaltechniquesfortransportpropertyofHSCinhighpulsedmagneticfieldYangKaiGuChenglin(T)indicatedthatinthere2creaseduniformly,therelationshipbetweenresistivityandtemperaturegionwh

2、eresuperconductivitytookplace,thenormalstatepossessedinsulatorcharacteristic.Keywords:highpulsedmagneticfield;magneto2resistance;hightemperaturesuperconductors(HSC)YangKaiAssoc.Prof.;Dept.ofElectrical&ElectronicsEng.,HuazhongUniv.ofSci.&Tech.,Wuhan430074,China.高储能密度电容器对脉冲磁体放电,是产生强磁场的理想方案.由这一

3、方案产生50T左右的磁场,有几点优势:非破坏性磁体可多次放电,显著延长使用寿命;与直流磁体相比,脉冲电流可减小能量消耗,从而大大降低成本;ms级的短脉冲降低了磁体发热,省去了昂贵的冷却系统1.作为收稿日期:2004212213.一种理想实验手段,强磁场这一极端物理条件在半导体物理、超导物理与磁性研究中均得到应用2,3.对高温超导薄膜YBa2Cu3O6.5而言,传输特性实验是材料物性研究的重要组成部分4,5,对分析材料的超导电性具有重要指导作用.因此,本文对YBa2Cu3O6.5薄膜在均匀变化磁场中的电作者简介:杨凯(19762),男,副教授;武汉,华中科技大学电气与电子工程学院(430074)

4、.基金项目:中国比利时国际合作项目脉冲强磁场研究资助项目.第2期杨凯等:脉冲强磁场内高温超导传输特性实验技术45阻率温度关系进行了系统的实验研究.1强磁场发生1.1电容器组在线路电阻中的能量.与高场直流磁体昂贵冷却如图1所示,充电单元1将电容器组充电至用户设定的电压值,平行安装的20个单极性2mF电容2在5kV时提供500kJ的能量.紧急情况下的快速放电回路由100电阻4组成,同时1k电阻5允许用户在需要时缓慢降低电容器电压.这样,电容器的电容C,R体的电感L.,二极管.持续时间增加.峰值场强为50T、4750Vms1000V时为,对低温保持器技术提出了严格限制.目前所用的液氦低温保持器由4个

5、同轴不锈钢管构成,尾部外径为16mm,如图2所示.采用这一结构后,振动噪声抑制能力可提高10倍以上.图15kV电容器组电容器组对磁体的放电由机械开关7或半导磁体工作时,线圈内存在极大的磁力,需要采取特定的加固技术.具体方法为:多层导线径向绕制,层与层采用玻璃纤维填充,间距可变.这样,应力可在整个磁体内部均匀分布.导线为Cu2Ag,最外层采用不锈钢外壳辅以碳纤维紧箍,效果良好.磁体孔径决定了物理实验的适应性.最大场强为50T的磁体孔径为18mm,除去低温保持器壁厚度后,试样容器的最大外径为11mm.在一次放电过程中,磁体近似绝热过程,需要吸收热量,因此线圈的热容量需大于电容器组能量减去消耗2传输

6、特性实验当T<Tc时(Tc为临界温度),试样电阻为零,常态特征被材料本身的超导电性掩盖了.为获得材料在Tc温度以下的常态特性,将传输特性实验在高达50T的脉冲强磁场中进行,可有效抑制超导电性.测量系统框图如图4所示.电池供电的电流源产生通过试样的常电流,试样产生的电压信号通过自行设计放大器放大,放大器工作带宽可由直流(0)到150kHz,无需电子滤波器.输入信号内含有感应电压0dH/dt分量,经过放大器后,46华中科技大学学报(自然科学版)第34卷导线中的感应伪电压可剔除,输出为所需物理信.参考文献1Gro¨ossingerR,BadurekG,FidlerJ.Structur

7、almethodsforstudyingnanocrystallinmaterialsJ.JournalofMagnetismandMagneticMaterials,2005,294(2):15292158.2FisherDJ,EhrhardtJC,CollinsSM.AutomateddetectionofnoninvasivemagneticresonancemarkersJ.ComputersinCardiology,1991(5):4932496.3AsamitsuA,MoritomoY,TomiokaY,etal.Struc2turalphasetransitioninducedb

8、yanexternalmagnet2icfieldJ.Nature,1995,373:4072412.4VanackenJ,WeckhuysenL,WambecqT,etal.Highsolid2statephysicsinhighmagneticfieldsJ.Physi2caB2001,2942295:591259.图4传输特性测量的接线图图5为YBa2Cu3O6.5薄膜在外加磁场强度为0T,10T,20T,30T,40T,45T,50T时的电阻率与温度的关系曲线(T),一系列场强点可描述从超导体到金属或绝缘体的平滑转变过程.由图可知,磁场较强时出现平台部分,随后d/dT<0,充分说

9、明:在YBa2Cu3O6.5的超导电性发生区域内,常态具有绝缘体特征.(上接第43页)参考文献Research,1986(4):89299.4IkutaK,TsukamotoM,HiroseS.MathematicalmodelandexperimentalverificationofshapememoryalloyfordesigningmicroactuatorsJ.ProceedingsoftheMicroElectroMechanical1991:1032108.5LinG,YangD,WarringtonRO.Acomputationalmodeloftheshapememoryal

10、loysforthedesignandcontrolofmicroactuatorsJ.MicroMechanicalSys2tems,1992(40):1712181.6杨凯,辜承林.基于内嵌式SMA电机的柔性机械手SystemsConference,1TakaokaS,HorikawaH,KobayashiJ,etal.Appli2cationsanddevelopmentofshape2memoryandsupere2lasticalloysinjapanJ.MaterialsScienceForum,2002(3942395):61268.2BazA,ImamK,McCoyJ.ActivevibrationcontrolofflexiblebeamsusingSM