Предыдущая страница реферата | 1  2

Сверхмалошумящие СИС - смесители, работающие при температуре жидкого гелия, являются наилучшими входными устройствами в диапазоне 100...1000 ГГц. Их шумовая температура ограничивается только фундаментальным квантовым пределом.

В настоящее время такие приёмники работают на радиотелескопах миллиметрового диапазона по меньшей мере в шести обсерваториях мира и служат для получения ценных астрономических данных.

Тонкоплёночные туннельные СИС - переходы совместимы с другими сверхпроводниковыми компонентами приёмника, изготавливаемыми с помощью литографии. В Институте радиотехники и электроники РАН (ИРЭ) создан и проходит испытания полностью сверхпроводниковый интегральный приёмник субмиллиметровых волн(400...500 ГГц). В этом приёмнике совместно работают согласующие устройства, СИС - смеситель, генератор гетеродина на джозефсоновских переходах и другие сверхпроводящие элементы. Совместно с Институтом космических исследований Голландии в ИРЭ ведутся работы по конструированию матрицы таких приёмников размерами 3х3 элемента, которую предполагается установить на европейском космическом радиотелескопе, планируемом к запуску в 2005 году.

Одно из наиболее важных и широко применяемых сверхпроводниковых устройств - сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик (СКВИД), в основе работы которого лежат два физических явления: стационарный эффект Джозефсона и эффект квантования магнитного потока.

СКВИД, состоящий из двух переходов, включённых параллельно и работающих при постоянном токе смещения (см. рис. 4, б), называется СКВИД постоянного тока (ПТ СКВИД).В настоящее время в электронике получили наибольшее распространение ПТ СКВИДы, изготовленные по тонкоплёночной технологии.

Схема СКВИДа представляет собой замкнутый контур из сверхпроводника с четырьмя выводами, служащими для подачи тока и снятия напряжения, в который включены, два джозефсоновских перехода.

Характерная особенность СКВИДа состоит в том, что при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, напряжение на выходе этого устройства периодически изменяется, причем период равен кванту Ф0 магнитного потока. Эта зависимость позволяет создать на основе СКВИДов чувствительнейшие измерители вариаций магнитного поля. С их помощью можно измерять практически любые физические величины, преобразуемые в магнитный поток, такие как напряженность магнитного поля, градиент напряженности, электрический ток и напряжение, магнитная восприимчивость и смещение. Этим и объясняется, что активные сверхпроводящие элементы, джозефсоновские переходы и СКВИДы, создаваемые на базе НТСП и ВТСП, всё ускоряющимися темпами внедряются в современную радиоэлектронику.

На основе низкотемпературных (гелиевых) СКВИДов созданы чувствительнейшие вольтметры и усилители, шумы которых приближаются к квантовому пределу. Сверхчувствительные магнитометры, измеряющие вариации магнитных полей с разрешением до 10 Тл - это уже промышленная продукция, находящая широкое применение в измерительной технике. Например, они позволяют производить измерения очень малой магнитной восприимчивости незначительных количеств вещества. С помощью устройств на СКВИДах удалось измерить предельно малую восприимчивость белков. Эти приборы использовались для измерения магнитного момента образцов лунного грунта.

Другая важная область применения СКВИДов - геофизика. Здесь они используются при изучении магнитных свойств горных пород. Они весьма перспективны при разведке нефтяных источников и изучении сейсмической активности.

Остановимся немного подробнее на двух, имеющих общие черты областях применения СКВИД - магнитометров. Это бесконтактное диагностирования человека и неживых объектов. СКВИД, как внешний зонд, может быть расположен вблизи исследуемого объекта, никоим образом не воздействуя на него и не нарушая его целостности. Для измерения магнитных полей человека или при биомагнитных исследованиях уже создаются многоканальные системы на основе охлаждаемых гелием СКВИДов. Они применяются во многих клиниках мира для наблюдения и анализа магнитных полей, обусловленных сердечной деятельностью (магнитокардиограмма - МКГ), деятельностью мышц (магнитомиограмма - ММГ), мозговой деятельностью (магнитоэнцефалограмма - МЭГ). Размещая СКВИД - датчики вблизи брюшной полости роженицы, возможно следить за сердцебиением плода.

Для исследования деятельности мозга человека в Финляндии разработаны "шлемы", содержащие свыше 120 СКВИД - датчиков. В Японии прошла испытания 256-канальная система. И это - на низкотемпературных, охлаждаемых жидким гелием СКВИДах! При создании таких систем, кроме стандартных требований к этим приборам - низкого шума, высокой скорости слежения, долго временной стабильности и т.п., - одновременно решаются проблемы миниатюризации цепей и охлаждающих устройств, создание малоразмерной и дешёвой электроники, уменьшение взаимного влияния каналов и многое другое

Открытие высокотемпературных сверхпроводников и прогресс технологии создания малошумящих СКВИДов, приближающихся по своим характеристикам к низкотемпературным, но работающих при азотном охлаждении, во многом упростили проблему их внедрения в аппаратуру теле коммутационных комплексов. Весьма важно то, что теперь произошло перекрытие диапазонов рабочих температур сверхпроводниковых устройств. В результате возникла возможность разработки гибридных устройств, открывающая принципиально новые перспективы в системах связи. Уже в приёмниках станций сотовой и персональной связи, работающих на частотах от 800 МГц до 2 ГГц, пользуются супер - узкополосные сверхпроводящие фильтры из высокотемпературных сверхпроводящих плёнок . Разработаны и проходят испытания резонаторы, мультиплексоры, линии задержки и прочие пассивные элементы радиоэлектроники. Их достоинствами, по сравнению с элементами из не сверхпроводящих материалов, являются более низкие потери, узкополосность, компактность и температурная стабильность. Например, сверхпроводящие резонаторы позволяют получать значения добротности 1011 - это в миллион раз выше, чем в конструкциях с омеднёнными или посеребрёнными стенками.

В последнее время проявляется огромный интерес к развитию техники, способной представить пространственное изображение источников магнитного поля. Основной мотив здесь, конечно, желание понять структуру и динамику магнитных вихрей как в низко-, так и в высокотемпературных сверхпроводниках. Прикладной интерес связан с получением магнитных изображений для биомедицинских приложений и неразрушающего контроля материалов.

Поэтому получила развитие совсем новая область применения СКВИД - магнитометров - сканирующая СКВИД - микроскопия. Только подобный микроскоп даёт не оптическое изображение исследуемого образца, а магнитное, т. е. При перемещении образца относительно СКВИД - датчика регистрируется величина магнитного потока и визуализируются его пространственные вариации над поверхностью образца. Так как СКВИДы - чувствительнейшие датчики магнитного потока, то с их помощью можно исследовать магнитные поля от мизерных объёмов вещества, например, тончайших ферромагнитных и сверхпроводящих плёнок. Источниками поля могут является либо микроскопические магнитные включения, либо протекающие токи. Используя микроскоп на основе гелиевого СКВИДа, обладающего пространственным размещением менее 10 мкм и чувствительностью к магнитному потоку порядка 10-6 Фо, в исследовательских лабораториях фирмы IBM получены изображения как единичных вихрей магнитного потока, проникающих в плёнку сверхпроводника, так и целых ансамблей.

Примером практического применения азотного СКВИД - микроскопа является сканирование слабонамагниченных объектов, таких, например, как специальные чернила или краски на ценных бумагах.

Огромные перспективы открывают сверхпроводниковые методы в энергетике. В энергосистеме Женевы заработал первый в мире трёхфазный распределительный трансформатор, охлаждаемый жидким азотом, намотки которого выполнены из ВТСП материала. При значительно меньших потерях он более компактный и вдвое легче традиционного трансформатора с медной намоткой. Разрабатываемые ВТСП - токоограничители (приборы, ограничивающие ток короткого замыкания) стали предметом реальной энергетики. Уже эксплуатируется такое устройство на основе ВТСП - технологии на одной из гидростанций. Приборы с электромагнитами, изготовленными из ВТСП провода, работают в ряде учреждений.

Понятен всё возрастающий интерес к сверхпроводниковой технологии и сверхпроводниковым материалам у компьютерной отрасли техники. Более двух десятилетий ведутся работы по созданию сверхпроводниковых запоминающих устройств (ЗУ). Сначала было предложено и изучено простейшее устройство - криотрон, состоящий из танталовой проволоки и ниобиевой катушки. В нём реализуются два состояния сверхпроводящее и резистивное, возможно переключение одного в другое, т. е. криотрон действует как простейший элемент памяти. Он прост по конструкции и отличается малой рассеиваемой мощностью, однако быстродействие его ограничено и составляет 10-3...10-4с, что явно недостаточно для современных вычислительных машин.

Создание плёночных ЗУ позволило увеличить их быстродействие до 10-7с. Но и это оказалось недостаточным для современных ЭВМ. Только используя низкотемпературные джозефсоновские переходы, удалось создать такие элементы памяти, время срабатывания которых достигло порядка 10-10...10-11с, а энергия, выделяемая при переключении, составила 10-17Дж. Развитие тонкоплёночной сверхпроводниковой технологии позволяет реализовать высокую плотность монтажа до порядка 10-5...10-6 элементов на плате. Таким образом имеются все предпосылки для создания мощной ЭВМ с производительностью 1010 операций в секунду и рассеиваемой мощностью менее одного ватта. И хотя на пути ещё немало нерешённых проблем, но уже не за горами то время, когда заработает первая супер - ЭВМ на сверхпроводящих элементах, в том числе и на базе ВТСП.

Работы в области сверхпроводимости дали мощный импульс инженерным и технологическим разработкам и вызвали оживление на рынке сверхпроводниковых материалов и устройств. На семинаре в Хьюстоне, в 1977 г., посвящённом высокотемпературной сверхпроводимости, было заявлено, что следующее десятилетие станет декадой завоевания рынка с перспективой миллионных долларовых доходов от продаж сверхпроводящих устройств.

Таким образом, фундаментальные исследования сверхпроводимости привели к развитию новой области техники - прикладной сверхпроводимости, ставшей одним из решающих факторов научно - технического прогресса.

Список литературы

Журнал "Радио" 1998 г. №10,№11

Скачали данный реферат: Kvjatkovskij, Igoshin, Плакида, Сагунов, Aktzhanov, Климушин.
Последние просмотренные рефераты на тему: курсовая работа политика, отчет о прохождении практики, евгений сочинение, реферати українською.





Предыдущая страница реферата | 1  2