用于托卡马克磁场测量的金属霍尔探测器的研制

金属霍尔探测器被认为是未来磁约束聚变堆磁场测量的重要工具之一。介绍了金属霍尔探测器系统的研制,包括测量原理、探测器制作工艺、电子学系统研制、标定系统建设及测试结果等。采用金属铋作为霍尔材料,有源区厚度为100nm,放大器的放大倍数为2000～200000倍。测试结果显示,当待测磁场在3mT以上时,系统的测量精度优于±1%,可以达到磁探针的标定精度,能够满足托卡马克装置的磁场测量要求。     

HL-2A装置ECRH超导磁体磁场分布测量

测量了HL-2A装置ECRH超导磁体的磁场分布。测量结果析表明,其归一化纵向磁场在磁场中心20mm区域内大于0.992,径向分布在磁场中心平面上浮动小于1.48%,杂散场在贴近超导磁体表面时的最大分量小于50mT,满足实验要求。     

L波段三维ESR成像系统的研制(Ⅳ)--系统组成与各部分性能指标

报道了自行研制的L波段三维电子自旋共振成像（3D-ESRI）系统的整机结构及各部分性能指标. 该系统主要由L波段ESR谱仪、三维梯度磁场装置、数据处理及图像重建软件组成. 系统的微波频率为1.05 GHz;最大微波功率500 mW. 采用3-环2-缝再进入式谐振腔,无载Q值>1 000;最大测量体积为φ 20 mm, 高30 mm柱状水溶液样品. 接收系统采用100 kHz锁相放大电路,最大增益可达1×10⁶;时间常数0.02 ms～1 s;磁场调制幅度>0.5 mT. 最大梯度磁场2 mT/cm;三维梯度线性度均优于5 ％;稳定度可达10^-5;主磁场可在1.6～96 mT范围内任意点选择扫场起始点;在0.2～16 mT范围选择磁场扫描宽度. 数据系统为12位A/D实现数据采集,三路8位D/A控制梯度磁场. 采用滤波反投影法实现图像重建, 成像功能包括：二维、三维自旋浓度成像;等浓度线2D图像显示;3D立体和断层图像显示等. 对水溶液和固体模型样品进行ESR成像的结果表明：本系统可以开展较大体积生物样品的ESRI研究.     

L波段三维ESR成像系统的研制(Ⅰ)——L波段ESR成像的磁场及三维梯度磁场系统

研究并实现了L波段电子自旋共振三维成像(3D-EPRI)专用的三维梯度磁场系统, 主磁场及扫描磁场系统以及相应的驱动控制系统. 梯度场线圈采用在铜板上用电切割方法加工的平板式线圈, 避免了用铜导线绕制线圈体积较大的缺点, 从而缩小了主磁场的体积和极间距. 梯度场强度在三维方向上均达到200 mT/m, 驱动电流为20 A. 三维空间线性度均优于5%; 线性区域大于直径42 mm的球形空间. 两磁极间距离为63 mm, 可以容纳通常体积的L波段谐振腔. 主磁场和扫描场线圈固定在同一轭铁架上. 它们可分别产生1.6～96 mT和0.2～16 mT的线性变化磁场. 5组磁场线圈(包括主磁场, 扫描磁场和三维梯度磁场)分别由5台独立的恒流驱动电源控制驱动. 电源通过数据接口由计算机控制. 初步成像实验证明本工作所建立的磁场和梯度磁场系统可以用于EPRI实验.     

L波段三维ESR成像系统的研制(Ⅰ)——L波段ESR成像的磁场及三维梯度磁场系统

研究并实现了L波段电子自旋共振三维成像（3D-EPRI）专用的三维梯度磁场系统，主磁场及扫描磁场系统以及相应的驱动控制系统. 梯度场线圈采用在铜板上用电切割方法加工的 平板式线圈，避免了用铜导线绕制线圈体积较大的缺点，从而缩小了主磁场的体积和极间距 . 梯度场强度在三维方向上均达到200 mT/m，驱动电流为20 A. 三维空 间线性度均优于5％；线性区域大于直径42 mm的球形空间. 两磁极间距离为63 mm，可以容纳通常体积的L波段谐振腔. 主磁场和扫描场线圈固定在同一轭铁架上. 它们可分别产生1.6～ 96 mT和0.2～16 mT的线性变化磁场. 5组磁场线圈（包括主磁场， 扫描磁场和三维梯度磁场）分别由5台独立的恒流驱动电源控制驱动. 电源通过数据接口由计算机控制. 初步成像实 验证明本工作所建立的磁场和梯度磁场系统可以用于EPRI实验.     

磁致伸缩材料弱磁场响应特性的实验研究

针对磁致伸缩材料在弱磁场传感器领域的应用需要,采用迈克耳逊干涉原理实验测量了零应力条件下Tb-Dy-Fe材料和Fe-Ga合金的磁场响应灵敏度,以及不同应力下Fe-Ga合金的磁场响应特性和温度响应特性.实验结果表明：在零应力,外加磁场16 mT条件下,Fe-Ga合金的磁场响应灵敏度远高于Tb-Dy-Fe材料,更合适作为弱磁场传感器敏感材料;同时,在1.2 MPa预应力和26 mT偏置磁场下,Fe-Ga合金材料具有较好的磁场响应灵敏度和较大的饱和磁致伸缩系数,因而处在最佳工作状态.所得到的材料的磁场和温度响应曲线可作为弱磁场传感器参量设计的参考依据.     

HTS交流电缆导体层电流的测试

在完成30m,三相,35kV/2kA高温超导(HTS)交流电缆系统的研制过程中,为了优化电缆导体结构设计,需要测量导体层电流分布.为此,我们探索了一套测量导体层电流分布的方法,该方法基本原理是利用自己绕制的Rogowski 线圈,耦合层电流产生的磁场,来测量每层导体所流过的电流值.为了验证该方法的可行性,我们研制了一套测量装置,利用这套装置对3m,6层HTS交流电缆模型进行了测量,测量结果表明这种测量方法和测量装置是行之有效的.     

用于全光铯原子磁力仪的激光器稳频技术研究

全光铯原子磁力仪是采用光学的方法实现微弱磁场检测,激光频率稳定性直接影响磁力仪的灵敏度。分析了二向色性原子蒸气激光频率锁定(Dichroic atomic vapor laser lock DAVLL)技术用于稳定激光器频率的原理,及其在全光原子磁力仪中的应用优势,发现通常的二能级原子模型不适用于分析铯原子D2线的稳频。实验测量了不同磁场下铯原子D2线基态Fg=4和Fg=3跃迁的DAVLL光谱,发现16mT是实现DAVLL稳频的最佳磁场;在此磁场附近,基态Fg=4跃迁鉴频曲线零点相对于Fg=4→Fe=5跃迁会产生6MHz/mT的线性频移,基态Fg=3跃迁鉴频曲线零点相对于Fg=3→Fe=4线会产生-9MHz/mT的线性频移。     

基于PVA/Fe_(3)O_(4)水凝胶的锥形光纤磁传感EI北大核心CSCD

为了研究磁性水凝胶的磁致折射率变化及其在磁致光传感领域的应用,通过共混法制备了聚乙烯醇/四氧化三铁(PVA/Fe_(3)O_(4))磁性水凝胶,并基于光纤端面反射法测试了该磁性水凝胶在不同外加磁场下的折射率变化,测得其磁致光折射率变化规律。在此基础上设计了磁性水凝胶锥形光纤传感结构。实验表明,在环境温度22℃,磁粒子浓度2.1%时,6.4~22.6 mT范围内基于磁性水凝胶的光纤磁场传感元件波长偏移灵敏度为86.42 pm/mT;磁粒子浓度2.9%时,5.5~30 mT范围内该传感元件波长偏移灵敏度为51.42 pm/mT。该类磁性水凝胶在光纤磁传感测量方面具有良好的应用价值。     

ICF用磁性玻璃靶丸悬浮磁场的确定及材料制备初步研究

 根据靶丸悬浮原理,推导出ICF用磁性靶丸在悬浮磁场中受力的函数关系式,从而得到了靶丸悬浮的理论模型。通过实验和理论相结合的方法,得出当靶丸中磁性材料掺入质量百分比由1%增加到6%时,靶丸的磁场强度由0.09 mT增加到0.44 mT,而对应的外界悬浮磁场由0.93 mT减小到0.23 mT。     

Experimental study on AC losses in Ag sheathed PbBi2223 tapes with twist filaments

Experimental measurements of AC losses were carried out on Ag sheathed PbBi2223 tapes with twisted and untwisted filaments. Losses were measured at 77 K as function of frequency and magnetic field parallel and perpendicular to the tape surface, using appropriate pick-up loops. Both the first and third harmonics of the signal were measured, in order to distinguish between the hysteresis loss and other types of loss. The effect of filaments uncoupling by twisting was clearly identified. For a tape with a twist pitch of 10 mm and I_c=40 A (20 kA cm⁻²) operating at 43 Hz, the filaments are uncoupled in fields less than 40 mT, which is greater than the full penetration field for both the filaments and the tape. Hence, a reduction in the hysteretic loss of the superconducting core is realised at power frequency between 10 and 40 mT. Results form the self-field loss measurement implies the uncoupling of twisted filaments at relative low transport current (I<0.5I_c)     

可双参量同时测量的光纤磁场传感器

设计并制作了一种马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)与光纤布喇格光栅级联的光纤磁场传感器,其中MZI由相当于分光器的锥结构和相当于耦合器的花生锥结构级联组成,封装在填充了磁流体的毛细管中.由于磁流体的有效折射率会随着外界磁场强度的改变而变化,故可通过观察干涉谱的特征波长的变化来测量外界磁场强度,而光纤布喇格光栅透射峰对磁场强度不敏感.当磁场强度由0mT变化到20mT时,马赫-曾德尔干涉峰的灵敏度为0.11nm/mT.温度特性实验测得马赫-曾德尔干涉峰和光纤布喇格光栅透射峰的温度灵敏度分别为0.401 5nm/℃和0.011 4nm/℃.因此,可利用敏感矩阵实现双参量同时测量.     

钴基非晶丝的巨磁阻抗效应实验装置设计

介绍了巨磁阻抗效应的原理,提出了测量方法,分析巨磁阻抗效应随频率、外加磁场的变化规律.研究表明在6~21 MHz范围内,100 mT磁场下巨磁阻抗可达-50%以上,并且在30~40 mT磁场下巨磁阻抗即可达到-40%.     

兰州重离子治癌装置同步加速器切割磁铁研制

切割磁铁作为同步加速器注入引出的关键部件之一,对磁场及切割板结构都有严格的要求。介绍了兰州重离子治癌装置(HIMM)同步加速器切割磁铁的设计情况,基于磁场优化软件OPERA,对切割磁铁磁场均匀度及杂散场的分布进行了详细的分析。根据磁场要求优化结构设计,完成了磁铁的加工。磁场测量结果分析显示,有效场区范围内磁场均匀度优于设计结果。同时通过对磁铁端部屏蔽处理,在环内侧管道处杂散磁场降到2mT以内,满足物理设计要求。     

Outstanding magnetic properties of nematic suspensions of goethite (alpha-FeOOH) nanorods

Aqueous suspensions of goethite (alpha-FeOOH) nanorods form a mineral lyotropic nematic phase that aligns in a very low magnetic field (20 mT for samples 20 microm thick). The particles orient along the field direction at intensities smaller than 350 mT, but they reorient perpendicular to the field beyond 350 mT. This outstanding behavior is also observed in the isotropic phase which has a very strong magnetic-field induced birefringence that could be interesting for applications. We interpret these magnetic effects as resulting from a competition between a nanorod remanent magnetic moment and a negative anisotropy of its magnetic susceptibility.     

Spin echo of a single electron spin in a quantum dot

We report a measurement of the spin-echo decay of a single electron spin confined in a semiconductor quantum dot. When we tip the spin in the transverse plane via a magnetic field burst, it dephases in 37 ns due to the Larmor precession around a random effective field from the nuclear spins in the host material. We reverse this dephasing to a large extent via a spin-echo pulse, and find a spin-echo decay time of about 0.5 micros at 70 mT. These results are in the range of theoretical predictions of the electron spin coherence time governed by the electron-nuclear dynamics.     

Bench-Top Type In Vivo EPR Spectrometer for Estimating the Renal Reducing Ability of a Rat

A main electromagnet optimized for electron paramagnetic resonance (EPR) measurements of rats by using a surface loop resonator with a loop diameter of 10?mm was designed. The fabricated main electromagnet was ca. 420?mm in diameter, ca. 240?mm in width, and ca. 60?kg in weight. When a static magnetic field of 25?mT was generated at the center of the main electromagnet, its deviation in a sphere space with a diameter of 10?mm was <0.02?mT. In this condition, the temperature elevation on the surface of the magnet was negligible for the measurement time assumed for in vivo study. Using this magnet, a bench-top type in vivo EPR spectrometer could be obtained, which made it possible to perform EPR measurements for estimating the renal reducing ability of a rat.