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超导量子干涉磁测量(squid)的工作原理及应用领域分析
来源: 时间:2023-11-07 14:21:27 浏览:6140次

超导量子干涉磁测量(squid)的工作原理及应用领域分析

 

超导量子干涉磁测量SQUIDSuperconducting Quantum Interference Device)是一种具有极高灵敏度的磁场探测器,其工作原理基于磁通量子化和约瑟夫森效应。SQUID 在磁信号探测、生物磁测量、大地磁测量、磁成像以及其他精密电磁测量等领域具有广泛的应用。

 

 

 

一、工作原理

SQUID 实质上是一种将磁通转化为电压的磁传感器。它由两个超导结组成,分别称为输入结和输出结。当外部磁场作用于输入结时,磁通量发生变化,进而引起输出结的电流变化。SQUID 的灵敏度极高,能检测出相当于地球磁场近 1000 亿分之一的变化。

1. 磁通量子化:超导材料在特定条件下,磁通会以量子化的方式穿过超导环。磁通量子化的本质是超导环中的磁通在变化时,会以整数倍的量子化值为增量。这个量子化值通常称为磁通量子Φ0

2. 约瑟夫森效应:当两个超导结通过一个细小的 normal 金属线(称为约瑟夫森结)连接时,会在结间产生电势差。当外部磁场作用于结区时,结内的电流发生变化,从而引起电势差的变化。利用这一效应,可以实现对磁场的测量。

 

二、应用领域

1. 生物磁测量:SQUID 可用于检测生物体内部的磁场,如脑磁场、心脏磁场等在生物磁测量领域,SQUID 技术已经应用于医学、神经科学、心理学等领域,有助于深入了解生物体的功能和机制。

2. 大地磁测量:SQUID 可用于测量地球磁场及其变化,在地磁测量领域具有重要意义;通过大地磁测量,可以研究地球内部的物理过程,如地壳运动、地幔对流等,为地震预测和地质勘探提供重要依据。

3. 磁成像:SQUID 技术在磁成像领域具有广泛应用,如磁共振成像MRI)等MRI 利用射频信号对生物体内部进行成像,而 SQUID 可以检测射频信号中的微弱磁场,从而提高成像质量和分辨率。

4. 精密电磁测量:SQUID 在精密电磁测量领域具有极高的灵敏度,可以应用于实验室和研究机构进行极高精度的磁场测量、电场测量等。

5. 工业领域:SQUID 技术在工业领域也有广泛应用,如磁性材料生产、磁性器件制造、电磁兼容性测试等。

6. 国防领域:SQUID 技术在国防领域具有重要作用,如磁性探测、磁场屏蔽等。

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全部 3小时前 四川
文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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