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精准测量,无限可能:SQUID技术了解一下
来源: 时间:2024-03-14 10:01:00 浏览:2450次

精准测量,无限可能:SQUID技术了解一下

 

超导量子干涉磁测量(SQUID)技术是一种具有极高灵敏度的磁测量技术,能够在极低温条件下测量极其微弱的磁场变化作为一种特殊的传感器,SQUID在科学研究、医疗诊断、能源监测等领域具有广泛的应用前景。

一、工作原理

SQUIDSuperconducting Quantum Interference Device(超导量子干涉器)的缩写,它利用超导材料在低温下的量子干涉效应来实现对磁场变化的测量SQUID技术的核心部分是一个超导环,称为 Josephson Josephson 环由两个超导岛通过 Josephson 结连接而成,Josephson 结是一种 Tunnel 结,具有低电阻和高灵敏度的特点。

当外部磁场发生变化时,Josephson 环中的超导岛会受到磁通量的变化,从而在环中产生电流,这个电流会导致环的电荷量发生变化,进而引起环中电压的变化,通过测量这个电压变化,我们可以得知外部磁场的变化情况;由于 Josephson 结的高灵敏度,SQUID 对磁场变化的测量精度非常高,甚至可以达到 pT(皮特斯拉)量级。


二、技术特点

1. 高灵敏度SQUID 的磁场测量灵敏度非常高,可以检测到极微弱的磁场变化这使得 SQUID 在探测微观粒子、研究物质性质等方面具有显著优势。

2. 宽频带SQUID 技术具有很宽的频率响应范围,可以测量从直流到射频的磁场变化这为 SQUID 在各种应用领域提供了很大的灵活性。

3. 低温运行SQUID 需要在极低温条件下运行,通常需要在液氮温度(77 K)或液氦温度(4 K)下工作低温环境可以提高 SQUID 的灵敏度和稳定性。

4. 抗干扰能力强SQUID 技术具有很好的抗干扰能力,能够有效排除外部电磁场的干扰,从而提高测量准确性。

5. 小型化、便携化:随着超导材料和加工技术的发展,SQUID 设备的小型化和便携化取得了显著成果,使得 SQUID 在现场检测和移动测量方面具有潜力。


三、技术研究和发展现状

我国在 SQUID 技术领域的研究始于 20 世纪 80 年代,经过近 40 多年的发展,已经在 SQUID 设备研制、应用研究等方面取得了世界领先的成果。

SQUID 设备方面,我国已经成功研制出多种类型的 SQUID,包括单环型双环型分布式阵列型等,涵盖了低温、高温、混合低温等多种类型;这些设备的性能指标达到了国际先进水平,部分设备已经实现产业化生产和应用。

在应用研究方面,我国 SQUID 技术已经广泛应用于物理、生物、医学、能源等领域

例如:

物理领域SQUID 技术被用于研究微观粒子的性质和相互作用;

生物领域SQUID 技术被用于探测生物体内的磁场变化,实现无创诊断;

医学领域SQUID 技术被用于检测肿瘤、神经系统疾病等;

能源领域SQUID 技术被用于监测地热场、电磁场等。

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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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