БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (СВ)
Среди С. 2-го рода выделяют группу жёстких сверхпроводников. Для этих материалов характерно большое количество дефектов структуры (неоднородности состава, вакансии, дислокации и др.), которые возникают благодаря специальной технологии изготовления. В жёстких С. движение магнитного потока сильно затруднено дефектами и кривые намагничивания обнаруживают сильный гистерезис. По тем же причинам в этих материалах сильные постоянные электрические токи могут протекать без потерь, т. е. без сопротивления, вплоть до близких к Нк2 полей при любой ориентации тока и магнитного поля. Следует отметить, что в идеальном С., полностью лишённом дефектов (к этому состоянию можно приблизиться в результате длительного отжига сплава), при любой ориентации поля и тока, за исключением продольной, сколь угодно малый ток будет сопровождаться потерями на движение магнитного потока уже при Н > Нк1. Нижнее критическое поле Нк1 обычно во много раз меньше Нк2. Поэтому именно жёсткие С., у которых электрическое сопротивление практически равно нулю вплоть до очень сильных полей, представляют интерес с точки зрения технических приложений. Их применяют для изготовления обмоток магнитов сверхпроводящих и других целей. Существенным недостатком жёстких С. является их хрупкость, сильно затрудняющая изготовление из них проволоки или ленты для обмоток сверхпроводящих магнитов. Особенно это относится к соединениям с самыми высокими значениями Тк и Нк типа V2Ga, Nb3Sn, Pbi1,0Mo5,1S6. Изготовление сверхпроводящих магнитных систем из этих материалов представляет собой сложную технологическую задачу.
Лит.: Сверхпроводящие материалы. [Сб. ст.], пер. с англ., М., 1965; Металловедение сверхпроводящих материалов, М., 1969.
И. П. Крылов.
Сверхпроводящие магнитометры
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 (Ikc), зависит от электрических характеристик контактов и величины магнитного потока Ф, пронизывающего контур:
Ikc = 2Ic |cos p Ф/Фо|,
где Фо = 2×10-7 гс см2 — квант магнитного потока (магнитный поток через сверхпроводящий контур квантуется, см. Сверхпроводимость), Ic — ток разрушения сверхпроводимости каждого из контактов (критический ток) — должен быть мал (Ic ~ Фо/L, где L — индуктивность контура). С изменением потока Ф ток Ikc в контуре испытывает осцилляции (рис. 2). Ток /кс достигает максимального значения всякий раз, как только изменяющийся поток Ф оказывается равным целому числу квантов потока Фо, т. е. период осцилляций равен кванту магнитного потока. Если через ЧЭ протекает постоянный ток ~Ikc, 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 £Фо/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 107—109 гц 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 (~103 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.
Сверхпроводящий магнит
Сверхпроводя'щий магни'т, см. Магнит сверхпроводящий.
Сверхскоростная киносъёмка
Сверхскоростна'я киносъёмка, киносъёмка со скоростью свыше 105 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 105—107 кадр/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.
Наивысшие (~109 кадр/сек) скорости съёмки достигаются применением растровой съёмки и съёмки с диссекцией изображения. При растровой съёмке образованное объективом оптическое изображение разлагается с помощью механического или оптического растра на отдельные элементы, разнесённые в плоскости изображения. Перемещая взаимно растровое изображение и светочувствительный материал, на последнем получают развёртку изображения (см. Развёртка оптическая) в виде ряда полос (по числу элементов изображения). Ширина полосы равна протяжённости элемента изображения в направлении, перпендикулярном направлению развёртки, а изменение оптической плотности каждой полосы по её длине передаёт изменение яркости данного участка кадра во время съёмки. Печать позитивов с негатива развёрнутого изображения производится при обратном ходе лучей. Для получения последовательности кадров необходимо после печати каждого отдельного кадра смещать негатив в направлении развёртки на величину поперечника элемента изображения.
