PL232735B1 - Komora do badań w silnych impulsowych polach magnetycznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest komora przeznaczona do badań materiałów w silnych, impulsowych polach magnetycznych, wytwarzanych przez wiązkę cząstek przyspieszonych w akceleratorze albo poruszających się w pierścieniu akumulacyjnym i mająca zastosowanie w laboratoriach naukowych.

Znany jest sposób badań materiałów w silnych, impulsowych polach magnetycznych polegający na bezpośrednim umieszczaniu pojedynczych próbek w rurze akceleratora w wiązce cząstek naładowanych celem ich ekspozycji na silne pole magnetyczne o ekstremalnie krótkim czasie trwania rzędu pikosekund. Ten sposób został opisany w artykule zatytułowanym „Magnetism with picosecond scale field pulses”, którego autorami są: H. C. Siegmann, E. L. Garwin, C. Y. Prescott, J. Heidmann, D. Mauri, D. Weller, R. Alienspach, W. Weber, opublikowanym w czasopiśmie „Journal of Magnetism and Magnetic Materials” w 1995 r., tom 151, str. L8-L12. Próbki po ekspozycji i wyłączeniu akceleratora, gdy natężenie promieniowania synchrotronowego zmniejszyło się do bezpiecznej wartości, były badane pod mikroskopem. Taki sam sposób umieszczania próbek we wiązce cząstek naładowanych z akceleratora znany jest również z artykułu pod tytułem „Ultrashort magnetic field pulses and the elementary process of magnetization reversal”, którego autorami są: C. H. Back i H. C. Siegmann, opublikowanego w czasopiśmie „Journal of Magnetism and Magnetic Materials” w 1999 r., tom 201, str. 774-785 oraz z artykułu zatytułowanego „Magnetism on the picosecond scale with electron acce-lerators”, autorstwa H. C. Siegmann'a, zamieszczonego w czasopiśmie „Eiirophysics News”, 2000 r., nr 6, str. 24-25.

Komora do badań w silnych impulsowych polach magnetycznych według wynalazku charakteryzuje się tym, że komora do badań w silnych impulsowych polach magnetycznych zawiera rurę wstawkową, połączoną szczelnie i współosiowo z rurą akceleratora albo pierścienia akumulacyjnego. Wzdłuż osi rury wstawkowej porusza się wiązka cząstek naładowanych, przy czym rura wstawowa przechodzi częściowo przez szczelnie zamykany prostopadłościenny pojemnik, którego płaszczyzna pionowej ściany bocznej pokrywa się z osią rury wstawkowej. W ścianie rury wstawkowej, znajdującej się wewnątrz prostopadłościennego pojemnika, wykonane jest prostokątne okno, zamykane szczelną pokrywą, przesuwaną wzdłuż ściany rury wstawkowej za pomocą zamocowanego w prostopadło-ściennym pojemniku elektrycznego silnika liniowego, którego suwak jest połączony bezpośrednio z pokrywą. W prostopadłościennym pojemniku znajduje się cylindryczna głowica z otworami osiowymi i radialnymi, wyposażona w radialnie rozmieszczone rurkowe ramiona i na ich końcach zewnętrznych umieszczane są badane próbki, natomiast wewnątrz rurkowych ramion przechodzą ekranowane przewody sygnałowe, których jedne końce są doprowadzone do próbek, a drugie końce przechodzą przez otwory cylindrycznej głowicy i doprowadzone są do sprężystych nieruchomych kontaktów, umieszczonych w prostopadłościennym pojemniku stycznie do cylindrycznej głowicy i odizolowanych od ścian tego pojemnika. Cylindryczna głowica osadzona jest na osi elektrycznego silnika krokowego, przymocowanego do zgiętego pod kątem prostym suwaka, elektrycznego silnika liniowego, umieszczonego na podstawie przymocowanej wewnątrz prostopadłościennego pojemnika do jego ściany. Ponadto, prostopadłościenny pojemnik wyposażony jest w otwór, znajdujący się obok cylindrycznej głowicy i szczelnie zamykany ręcznie z zewnątrz pokrywą oraz w rurę próżniową z manometrem próżniowym i zaworem dwudrożnym z króćcami prowadzącymi do pompy próżniowej, albo do atmosfery. Oprócz tego, wewnątrz prostopadłościennego pojemnika znajdują się wiązki ekranowanych przewodów, łączące elektryczne silniki liniowe, nieruchome kontakty i elektryczny silnik krokowy z komputerem sterującym. Rura wstawkowa, prostopadłościenny pojemnik, pokrywy, okna rury wstawkowej i prostopadłościennego pojemnika, suwaki elektrycznych silników liniowych, podstawa i rura próżniowa wykonane są z metalu nieferromagnetycznego, korzystnie ze stali austenitycznej, natomiast obrotowa głowica i rurkowe ramiona wykonane są z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie z teflonu, zaś sprężyste, nieruchome kontakty wykonane są z materiału przewodzącego prąd elektryczny, korzystnie z brązu berylowego, albo fosforowego.

Zalety komory do badań w silnych impulsowych polach magnetycznych według wynalazku polegają na tym, że komora umożliwia badanie i szybką wymianę wielu próbek, a także wybór indukcji pola magnetycznego, na które są eksponowane oraz komputerową akwizycję wyników pomiarów. Ponadto funkcje te realizowane są zdalnie i w sposób bezpieczny bez narażenia na promieniowanie synchrotronowe oraz zapowietrzania rury akceleratora przy każdej wymianie próbki.

Komora do badań w silnych impulsowych polach magnetycznych pokazana jest w przykładzie wykonania na rysunku schematycznym, na którym przedstawiono elementy komory, ich rozmieszczenie i połączenia w widoku perspektywicznym.

Komora do badań w silnych impulsowych polach magnetycznych zawiera rurę wstawkową 1, połączoną szczelnie i współosiowo z rurą akceleratora, albo pierścienia akumulacyjnego. Wzdłuż osi rury wstawkowej porusza się wiązka cząstek naładowanych 2, przy czym rura wstawowa 1 przechodzi częściowo przez szczelnie zamykany prostopadłościenny pojemnik 3, którego płaszczyzna pionowej ściany bocznej 4 pokrywa się z osią rury wstawkowej 1. W ścianie rury wstawkowej 1, znajdującej się wewnątrz prostopadłościennego pojemnika 3, wykonane jest prostokątne okno 5, zamykane szczelną pokrywą 6, przesuwaną wzdłuż ściany rury wstawkowej 1 za pomocą zamocowanego w prostopadło-ściennym pojemniku 3 elektrycznego silnika liniowego 7, którego suwak jest połączony bezpośrednio z pokrywą 6. W prostopadłościennym pojemniku 3 znajduje się cylindryczna głowica 8 z otworami osiowymi i radialnym, wyposażona w radialnie rozmieszczone rurkowe ramiona 9 i na ich końcach zewnętrznych umieszczane są badane próbki 10, natomiast wewnątrz rurkowych ramion 9 przechodzą ekranowane przewody sygnałowe 11, których jedne końce są doprowadzone do próbek 10, a drugie końce przechodzą przez otwory cylindrycznej głowicy 8 i doprowadzone są do sprężystych, nieruchomych kontaktów 12, umieszczonych w prostopadłościennym pojemniku 3 stycznie do cylindrycznej głowicy 8 i odizolowanych od ścian tego pojemnika. Cylindryczna głowica 8 osadzona jest na osi elektrycznego silnika krokowego 13, przymocowanego do zgiętego pod kątem prostym suwaka 14, elektrycznego silnika liniowego 15, umieszczonego na podstawie 16 przymocowanej wewnątrz pro-stopadłościennego pojemnika 3 do jego ściany. Ponadto, prostopadłościenny pojemnik 3 wyposażony jest w otwór, znajdujący się obok cylindrycznej głowicy 8 i szczelnie zamykany ręcznie z zewnątrz pokrywą 17 oraz w rurę próżniową 18 z manometrem próżniowym 19 i zaworem dwudrożnym 20 z króćcami prowadzącymi do pompy próżniowej, albo do atmosfery. Oprócz tego, wewnątrz prostopadłościennego pojemnika 3 znajdują się wiązki ekranowanych przewodów 21,22, 23, 24, łączące elektryczne silniki liniowe 7 i 17, nieruchome kontakty 12 i elektryczny silnik krokowy 13 z komputerem sterującym 25. Rura wstawkowa 1, prostopadłościenny pojemnik 3, pokrywa 6 rury wstawkowej 1 i pokrywa 17 prostopadłościennego pojemnika 3, suwaki elektrycznych silników liniowych 8 i 15, podstawa 16 i rura próżniowa 18 wykonane są z metalu nieferromagnetycznego, korzystnie ze stali austenitycznej, natomiast obrotowa głowica 8 i rurkowe ramiona 9 wykonane są z materiału elektro izolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie z teflonu, zaś sprężyste, nieruchome kontakty 12 wykonane są z materiału przewodzącego prąd elektryczny, korzystnie z brązu berylowego, albo fosforowego.

Zasada działania komory do badań w silnych impulsowych polach magnetycznych polega na tym, że najpierw do rozsuniętych końców prostoliniowego odcinka rury akceleratora albo pierścienia akumulacyjnego przyłącza się szczelnie końce rury wstawkowej 1, np. za pomocą sprężystych pierścieni. W prostopadłościennym pojemniku 3 panuje wtedy ciśnienie atmosferyczne, a szczelna pokrywa 17 jest otwarta. Po tym zamyka się prostokątne okno 5 w rurze wstawkowej 1 szczelną pokrywą 6, przez jej przesunięcie za pomocą elektrycznego silnika liniowego 7 sterowanego zdalnie z komputera 25 i odpompowuje rurę akceleratora albo pierścienia akumulacyjnego wraz z rurą wstawkową 1 do wytworzenia wysokiej próżni. Następnie, na końcach rurkowych ramion 9 mocuje się badane próbki, np. za pomocą kleju. Jeżeli próbki są zaopatrzone w elektrody do zbierania wyników pomiarów, np. magnetooporu, to łączy się je ekranowanymi przewodami 11, poprowadzonymi przez rurkowe ramiona 9 oraz otwory w cylindrycznej głowicy 8 i umieszcza końce tych przewodów na zewnątrz głowicy pod sprężystymi, nieruchomymi kontaktami 12, które poprzez wiązkę ekranowanych przewodów 21 umożliwiają przesyłanie wyników pomiarów do komputera sterującego 25. Ekranowanie wszystkich przewodów eliminuje zakłócenia indukowane przez impulsowe pola magnetyczne, pochodzące od poruszających się w rurze wstawkowej 1 ładunków elektrycznych. Po wykonaniu tych czynności zmyka się ręcznie prostopadłościenny pojemnik 3 szczelną pokrywą 17. Zawór dwudrożny 20 przestawia się do pozycji, łączącej z pompą próżniową i odpompowuje prostopadłościenny pojemnik 3 do ciśnienia panującego w rurze akceleratora, albo pierścienia akumulacyjnego. Ciśnienie to mierzone jest manometrem próżniowym 19. Gdy wiązka cząstek naładowanych 2, mająca strukturę pączkową, osiągnie odpowiednią energię i zacznie wytwarzać silne, impulsowe pole magnetyczne, wtedy otwiera się szczelną pokrywę 6 na rurze wstawkowej 1 za pomocą elektrycznego silnika liniowego 7, zdalnie z komputera sterującego 25. Jednocześnie za pomocą elektrycznego silnika krokowego 13 obraca rurkowe ramię 9, a za pomocą elektrycznego silnika liniowego 17 przesuwa to ramię w kierunku radialnym, umieszczając w ten sposób wybraną próbkę 10 w rurze wstawkowej w zdanej odległości od wiązki cząstek naładowanych 2, co umożliwia jej badanie w polu magnetycznym o zdanej wartości indukcji. Napięcia elektryczne niezbędne do pracy silników 13 i 15 podawane są zdalnie przez operatora zdalnie z komputera sterującego 25. W ten sposób przeprowadza się zaplanowane badanie wszystkich próbek. Po zakończeniu badań zamyka się prostokątne okno 5 w rurze wstawkowej 1 szczelną pokrywą 6, przez jej przesunięcie za pomocą elektrycznego silnika liniowego 7 zdalnie z komputera sterującego 25. Gdy wiązka cząstek 2 zostanie wyłączona i natężenie wzbudzonego przez nią promieniowania spadnie do bezpiecznej wartości, wtedy przestawia się zawór dwudrożny 20 do połączenia z atmosferą i do prostopadłościennego pojemnika 3 wpuszcza się powietrze, zwiększając w nim ciśnienie do atmosferycznego. Po tym można otworzyć ręcznie pokrywę 16 i dokonać wymiany próbek 8 oraz poddać je badaniom w poprzednio opisany sposób.

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Komora do badań w silnych, impulsowych polach magnetycznych, mająca rurę wstawkową połączoną szczelnie i współosiowo z rurą akceleratora albo pierścienia akumulacyjnego i wzdłuż osi rury wstawkowej porusza się wiązka cząstek naładowanych, znamienna tym, że rura wstawowa (1) przechodzi częściowo przez szczelnie zamykany prostopadłościenny pojemnik (3), którego płaszczyzna pionowej ściany bocznej (4) pokrywa się z osią rury wstawkowej (1), natomiast w ścianie tej rury, znajdującej się wewnątrz prostopadłościenne-go pojemnika (3), wykonane jest prostokątne okno (5), zamykane szczelną pokrywą (6), przesuwaną wzdłuż ściany rury wstawkowej (1) za pomocą zamocowanego w prostopadło-ściennym pojemniku (3) elektrycznego silnika liniowego (7), którego suwak jest połączony bezpośrednio z pokrywą (6), przy czym w prostopadłościennym pojemniku (3) znajduje się cylindryczna głowica (8) z otworami osiowymi i radialnym, wyposażona w radialnie rozmieszczone rurkowe ramiona (9) i na ich końcach zewnętrznych umieszczone są badane próbki (10), natomiast wewnątrz rurkowych ramion (9) przechodzą ekranowane przewody sygnałowe (11), których jedne końce są doprowadzone do próbek (10), a drugie końce przechodzą przez otwory cylindrycznej głowicy (8) i doprowadzone są do sprężystych, nieruchomych kontaktów (12), umieszczonych w prostopadłościennym pojemniku (3) stycznie do cylindrycznej głowicy (8) i odizolowanych od ścian tego pojemnika, a ponadto cylindryczna głowica (8) osadzona jest na osi elektrycznego silnika krokowego (13), przymocowanego do zgiętego pod kątem prostym suwaka (14), elektrycznego silnika liniowego (15), umieszczonego na podstawie (16) przymocowanej wewnątrz prostopadłościennego pojemnika (3) do jego ściany, a prostopadłościenny pojemnik (3) wyposażony jest w otwór, znajdujący się obok cylindrycznej głowicy (8) i szczelnie zamykany ręcznie z zewnątrz pokrywą (17) oraz w rurę próżniową (18) z manometrem próżniowym (19) i zaworem dwudrożnym (20) z króćcami prowadzącymi do pompy próżniowej albo do atmosfery, a oprócz tego wewnątrz pro-stopadłościennego pojemnika (3) znajdują się wiązki ekranowanych przewodów (21), (22), (23), (24), łączące elektryczne silniki liniowe (7) i (17), nieruchome kontakty (12) i elektryczny silnik krokowy (13) z komputerem sterującym (25).

2. Komora według zastrz. 1, znamienna tym, że rura wstawkowa (1), prostopadłościenny pojemnik (3), pokrywa (6) rury wstawkowej (1) i pokrywa (17) prostopadłościennego pojemnika (3), suwaki elektrycznych silników liniowych (8) i (15), podstawa (16) i rura próżniowa (18) wykonane są z metalu nieferromagnetycznego, korzystnie ze stali austenitycznej

3. Komora według zastrz. 1, znamienna tym, że obrotowa głowica (8) i rurkowe ramiona (9) wykonane są z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie z teflonu.

4. Komora według zastrz. 1, znamienna tym, że sprężyste, nieruchome kontakty (12) wykonane są z materiału przewodzącego prąd elektryczny, korzystnie z brązu berylowego albo fosforowego.