Representación de un sistema de cifrado mediante un gráfico. Análisis criptográfico de sistemas de cifrado asimétrico. Sistemas de cifrado computacionalmente fuertes
El blindaje de campos magnéticos se puede realizar mediante dos métodos:
Blindaje mediante materiales ferromagnéticos.
Blindaje mediante corrientes parásitas.
El primer método se suele utilizar para proteger campos de frecuencia constante y campos de baja frecuencia. El segundo método proporciona una eficiencia significativa en el blindaje MP. frecuencia alta. Debido al efecto de superficie, la densidad de las corrientes parásitas y la intensidad del campo magnético alterno a medida que se profundizan en el metal disminuyen según una ley exponencial:
Una medida del campo y la reducción de corriente, que se denomina profundidad de penetración equivalente.
Cuanto menor es la profundidad de penetración, mayor es la corriente que fluye en las capas superficiales de la pantalla, mayor es el MF inverso creado por ella, que desplaza el campo externo de la fuente de interferencia del espacio ocupado por la pantalla. Si la pantalla está hecha de material no magnético, entonces el efecto de blindaje dependerá únicamente de conductividad Material y frecuencia del campo de blindaje. Si la pantalla está hecha de material ferromagnético, entonces, en igualdad de condiciones, el campo externo inducirá una e grande en ella. d.s. debido a la mayor concentración de líneas de campo magnético. Con la misma conductividad específica del material, las corrientes parásitas aumentarán, lo que conducirá a una menor profundidad de penetración y a un mejor efecto de blindaje.
Al elegir el grosor y el material de la pantalla, no se debe partir de las propiedades eléctricas del material, sino guiarse por consideraciones de resistencia mecánica, peso, rigidez, resistencia a la corrosión, facilidad para unir piezas individuales y realizar contactos de transición entre ellas. con baja resistencia, facilidad de soldadura, soldadura, etc.
De los datos de la tabla se desprende claramente que para frecuencias superiores a 10 MHz, las películas de cobre y, especialmente, de plata con un espesor de aproximadamente 0,1 mm proporcionan un efecto de blindaje significativo. Por lo tanto, en frecuencias superiores a 10 MHz, es bastante aceptable utilizar pantallas hechas de lámina getinax o fibra de vidrio. A altas frecuencias, el acero proporciona un mayor efecto de blindaje que los metales no magnéticos. Sin embargo, vale la pena considerar que tales pantallas pueden introducir pérdidas significativas en los circuitos blindados debido a la alta resistividad y al fenómeno de histéresis. Por lo tanto, dichas pantallas son aplicables sólo en los casos en que las pérdidas de inserción pueden ignorarse. Además, para una mayor eficiencia de blindaje, la pantalla debe tener menos resistencia magnética que el aire, entonces las líneas del campo magnético tienden a pasar a lo largo de las paredes de la pantalla y penetrar menos en el espacio exterior de la pantalla. Una pantalla de este tipo es igualmente adecuada para proteger contra la influencia de un campo magnético y para proteger el espacio exterior de la influencia de un campo magnético creado por una fuente dentro de la pantalla.
Hay muchos grados de acero y permalloy con diferentes valores de permeabilidad magnética, por lo que se debe calcular la profundidad de penetración para cada material. El cálculo se realiza mediante la ecuación aproximada:
1) Protección contra campos magnéticos externos
Las líneas del campo magnético externo (las líneas de inducción del campo magnético de interferencia) pasarán principalmente a través del espesor de las paredes de la pantalla, que tiene una resistencia magnética baja en comparación con la resistencia del espacio dentro de la pantalla. Como resultado, la interferencia del campo magnético externo no afectará el modo de funcionamiento. circuito electrico.
2) Proteger tu propio campo magnético
Este tipo de blindaje se utiliza si la tarea es proteger circuitos eléctricos externos de los efectos del campo magnético creado por la corriente de la bobina. Inductancia L, es decir cuando es necesario localizar prácticamente la interferencia creada por la inductancia L, entonces este problema se resuelve utilizando una pantalla magnética, como se muestra esquemáticamente en la figura. Aquí, casi todas las líneas de campo de la bobina inductora estarán cerradas a través del espesor de las paredes de la pantalla, sin traspasar sus límites debido a que la resistencia magnética de la pantalla es mucho menor que la resistencia del espacio circundante.
3) Pantalla doble
En una pantalla magnética doble, se puede imaginar que parte de las líneas de fuerza magnéticas que se extienden más allá del espesor de las paredes de una pantalla quedarán cerradas a través del espesor de las paredes de la segunda pantalla. De la misma manera, se puede imaginar el efecto de una doble pantalla magnética en la localización de interferencias magnéticas, creado por el elemento Circuito eléctrico ubicado dentro de la primera pantalla (interior): la mayor parte de las líneas de fuerza magnéticas (líneas de dispersión magnética) se cerrarán a través de las paredes de la pantalla exterior. Eso sí, en mamparas dobles hay que elegir racionalmente los espesores de las paredes y la distancia entre ellas.
Coeficiente global El blindaje alcanza su mayor magnitud en los casos en que el espesor de las paredes y el espacio entre las pantallas aumenta en proporción a la distancia desde el centro de la pantalla, y el tamaño del espacio es el promedio geométrico de los espesores de las paredes de la pantalla. pantallas adyacentes. En este caso el coeficiente de apantallamiento es:
L = 20 lg (H/Ne)
Fabricación pantallas dobles De acuerdo con esta recomendación, es prácticamente difícil por razones tecnológicas. Es mucho más conveniente elegir una distancia entre las carcasas adyacentes al entrehierro de las pantallas que sea mayor que el espesor de la primera pantalla, aproximadamente igual a la distancia entre la pila de la primera pantalla y el borde del circuito blindado. elemento (por ejemplo, una bobina inductora). La elección de uno u otro espesor de las paredes del escudo magnético no puede ser inequívoca. Se determina el espesor de pared racional. material de la pantalla, frecuencia de interferencia y coeficiente de blindaje especificado. Es útil considerar lo siguiente.
1. A medida que aumenta la frecuencia de interferencia (la frecuencia del campo magnético alterno de interferencia), la permeabilidad magnética de los materiales disminuye y provoca una disminución en las propiedades de blindaje de estos materiales, ya que a medida que disminuye la permeabilidad magnética, también aumenta la resistencia al flujo magnético. proporcionada por la pantalla aumenta. Como regla general, la disminución de la permeabilidad magnética al aumentar la frecuencia es más intensa para aquellos materiales magnéticos que tienen la permeabilidad magnética inicial más alta. Por ejemplo, una chapa de acero eléctrico con una permeabilidad magnética inicial baja cambia poco el valor de jx al aumentar la frecuencia, y la aleación permanente, que tiene valores iniciales de permeabilidad magnética grandes, es muy sensible a un aumento en la frecuencia del campo magnético; su permeabilidad magnética cae bruscamente con la frecuencia.
2. En materiales magnéticos expuestos a interferencias de campos magnéticos de alta frecuencia, se manifiesta notablemente el efecto de superficie, es decir, el desplazamiento del flujo magnético hacia la superficie de las paredes de la pantalla, provocando un aumento de la resistencia magnética de la pantalla. En tales condiciones, parece casi inútil aumentar el espesor de las paredes de la pantalla más allá de las ocupadas por el flujo magnético a una frecuencia determinada. Esta conclusión es incorrecta, porque un aumento en el espesor de la pared conduce a una disminución en la resistencia magnética de la pantalla incluso en presencia de un efecto de superficie. En este caso, se debe tener en cuenta al mismo tiempo el cambio en la permeabilidad magnética. Dado que el fenómeno del efecto superficial en materiales magnéticos suele empezar a afectarse más notablemente que la disminución de la permeabilidad magnética en la región de baja frecuencia, la influencia de ambos factores en la elección del espesor de la pared de la pantalla será diferente en diferentes rangos de frecuencia de interferencia magnética. Como regla general, la disminución de las propiedades de apantallamiento al aumentar la frecuencia de interferencia es más pronunciada en pantallas hechas de materiales con una alta permeabilidad magnética inicial. Las características anteriores de los materiales magnéticos proporcionan la base para recomendaciones sobre la selección de materiales y espesor de pared de las pantallas magnéticas. Estas recomendaciones se pueden resumir de la siguiente manera:
A) si es necesario, se pueden utilizar pantallas hechas de acero eléctrico ordinario (transformador), que tienen una permeabilidad magnética inicial baja, para garantizar coeficientes de blindaje bajos (Ke 10); tales pantallas proporcionan un coeficiente de blindaje casi constante a un nivel suficientemente banda ancha frecuencias, hasta varias decenas de kilohercios; el espesor de dichas pantallas depende de la frecuencia de la interferencia, y cuanto menor sea la frecuencia, mayor será el espesor de la pantalla requerida; por ejemplo, con una frecuencia de campo de interferencia magnética de 50-100 Hz, el espesor de las paredes de la pantalla debe ser de aproximadamente 2 mm; si se requiere un aumento en el coeficiente de blindaje o un mayor espesor de pantalla, entonces es aconsejable utilizar varias capas de blindaje (pantallas dobles o triples) de menor espesor;
B) Es aconsejable utilizar pantallas hechas de materiales magnéticos con alta permeabilidad inicial (por ejemplo, permalloy) si es necesario asegurar un coeficiente de blindaje grande (Ke > 10) en una banda de frecuencia relativamente estrecha, y no es aconsejable elegir el espesor de cada capa de la pantalla magnética superior a 0,3-0,4 mm; El efecto de protección de tales pantallas comienza a disminuir notablemente a frecuencias superiores a varios cientos o miles de hercios, dependiendo de la permeabilidad inicial de estos materiales.
Todo lo dicho anteriormente sobre los escudos magnéticos es válido para campos de interferencia magnéticos débiles. Si la pantalla está ubicada cerca de fuentes poderosas en él surgen interferencias y flujos magnéticos con alta inducción magnética, entonces, como se sabe, es necesario tener en cuenta el cambio en la permeabilidad dinámica magnética dependiendo de la inducción; También es necesario tener en cuenta las pérdidas en el espesor de la pantalla. Casi lo mismo con tales fuentes fuertes Los campos magnéticos de interferencia, en los que habría que tener en cuenta su efecto en las pantallas, no se producen, a excepción de algunos casos especiales, que no prevén la práctica de radioaficionados ni las condiciones normales de funcionamiento de los dispositivos de radio de uso generalizado.
Prueba
1. Cuando se utiliza blindaje magnético, la pantalla debe:
1) Tienen menos resistencia magnética que el aire.
2) tener resistencia magnética igual al aire
3) tienen mayor resistencia magnética que el aire
2. Al proteger un campo magnético. Conexión a tierra del blindaje:
1) No afecta la efectividad del blindaje
2) Aumenta la eficiencia del blindaje magnético.
3) Reduce la eficacia del blindaje magnético.
3. encendido bajas frecuencias (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
a) Espesor de la pantalla, b) Permeabilidad magnética del material, c) Distancia entre la pantalla y otros circuitos magnéticos.
1) Sólo a y b son correctos
2) Sólo b y c son verdaderos
3) Sólo a y c son verdaderas
4) Todas las opciones son correctas
4. El blindaje magnético a bajas frecuencias utiliza:
1) Cobre
2) Aluminio
3) Permalloy.
5. El blindaje magnético a altas frecuencias utiliza:
1) hierro
2) Permalloy
3) Cobre
6. A altas frecuencias (>100 kHz), la eficacia del blindaje magnético no depende de:
1) Grosor de la pantalla
2) Permeabilidad magnética del material.
3) Distancias entre la pantalla y otros circuitos magnéticos.
Literatura usada:
2. Semenenko, V. A. Seguridad de la información/ V. A. Semenenko - Moscú, 2008.
3. Yarochkin, V. I. Seguridad de la información / V. I. Yarochkin - Moscú, 2000.
4. Demirchan, K. S. Fundamentos teóricos ingeniería eléctrica Volumen III / K. S. Demirchan S.-P, 2003.
Blindaje de campo magnético.
Método de derivación. -Método del campo magnético de pantalla.
Método para desviar un campo magnético con una pantalla. Se utiliza para la protección contra campos magnéticos alternos constantes y que cambian lentamente. Las pantallas están hechas de materiales ferromagnéticos con una alta penetración magnética relativa (acero, aleación permanente). Si hay una pantalla, las líneas de inducción magnética pasan principalmente a lo largo de sus paredes, que tienen una resistencia magnética baja en comparación con el espacio de aire dentro de la pantalla. Cuanto más gruesa sea la pantalla y menos costuras y uniones, más eficaz será el blindaje. Método de desplazamiento de un campo magnético por una pantalla. Se utiliza para proteger campos magnéticos alternos de alta frecuencia. En este caso se utilizan pantallas fabricadas con metales no magnéticos. El blindaje se basa en el fenómeno de la inducción.
Si coloca un cilindro de cobre en el camino de un topo magnético que se alterna uniformemente, en el que se excitarán corrientes de inducción parásitas alternas (corrientes de Foucault). El campo magnético de estas corrientes estará cerrado; dentro del cilindro se dirigirá hacia el campo excitante, y fuera de él, en la misma dirección que el campo excitante. El campo resultante se debilita cerca del cilindro y se intensifica fuera de él, es decir, el campo se desplaza del espacio que ocupa el cilindro, lo que constituye su efecto de blindaje, que será más efectivo cuanto menor sea la resistencia eléctrica del cilindro, es decir mayores serán las corrientes parásitas que lo atraviesan.
Gracias al efecto de superficie (“efecto piel”), la densidad de las corrientes parásitas y la intensidad del campo magnético alterno disminuye exponencialmente a medida que se profundiza en el metal.
Dónde 
μ – permeabilidad magnética relativa del material; μ˳ – permeabilidad magnética del vacío, igual a 1,25*108 g*cm-1; ρ – resistividad del material, Ohm*cm; ƒ – frecuencia, Hz.
Para un material no magnético, μ = 1. Y el efecto de blindaje está determinado únicamente por ƒ y ρ.
El blindaje es un método activo para proteger la información. El blindaje de campo magnético (blindaje magnetostático) se utiliza cuando es necesario suprimir interferencias en bajas frecuencias de 0 a 3..10 kHz. La eficiencia del blindaje magnetostático aumenta cuando se utilizan blindajes multicapa.
La eficacia del blindaje magnético depende de la frecuencia y las propiedades eléctricas del material del blindaje. Cuanto menor es la frecuencia, más débil es la pantalla y más gruesa hay que hacerla para lograr el mismo efecto de blindaje. Para frecuencias altas, a partir del rango de onda media, es muy eficaz una pantalla de cualquier metal con un espesor de 0,5 ... 1,5 mm. A la hora de elegir el espesor y material de la pantalla, se debe tener en cuenta la resistencia mecánica, rigidez, resistencia a la corrosión, facilidad para unir piezas individuales y realizar contactos de transición entre ellas con baja resistencia, facilidad de soldadura, etc. Para frecuencias superiores 10 MHz, el cobre y, aún más, la película de plata con un espesor de más de 0,1 mm proporcionan un efecto de blindaje significativo. Por lo tanto, en frecuencias superiores a 10 MHz, es bastante aceptable utilizar pantallas hechas de lámina de getinax u otro material aislante recubierto de cobre o plata. Para la fabricación de mamparas se utilizan: materiales metálicos, materiales dieléctricos, vidrio con revestimiento conductor, tejidos metalizados especiales, pinturas conductoras. Los materiales metálicos (acero, cobre, aluminio, zinc, latón) utilizados para el blindaje se fabrican en forma de láminas, mallas y láminas.
Todos estos materiales satisfacen el requisito de resistencia a la corrosión cuando se utilizan con revestimientos protectores adecuados. Los diseños de pantallas tecnológicamente más avanzados están fabricados en acero, ya que la soldadura o soldadura fuerte puede utilizarse ampliamente en su fabricación e instalación. Las láminas de metal deben estar conectadas eléctricamente entre sí a lo largo de todo el perímetro. La soldadura eléctrica o la costura de soldadura deben ser continuas para obtener una estructura de pantalla completamente soldada. El espesor del acero se selecciona en función de la finalidad de la estructura de la pantalla y las condiciones de su montaje, así como de la posibilidad de asegurar soldaduras continuas durante la fabricación. Las pantallas de acero amortiguan la radiación electromagnética en más de 100 dB. Las cribas de malla son más fáciles de fabricar, cómodas de montar y operar. Para proteger contra la corrosión, es recomendable recubrir la malla con barniz anticorrosión. Las desventajas de las cribas de malla incluyen una baja resistencia mecánica y una menor eficiencia de cribado en comparación con las de láminas. Para las pantallas de malla, es adecuado cualquier diseño de costura que proporcione un buen contacto eléctrico entre paneles de malla adyacentes al menos cada 10-15 mm. Para ello se puede utilizar soldadura o soldadura por puntos. Una pantalla de malla de acero estañado con bajo contenido de carbono con una celda de 2,5-3 mm da una atenuación del orden de 55-60 dB, y del mismo doble (con una distancia entre el exterior y
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Encontrar Fabricación y estudio de las propiedades de pantallas magnéticas.
es el estudio de los métodos de detección utilizando dispositivos HTSC, la producción de pantallas volumétricas y de película gruesa y el estudio de sus coeficientes de atenuación de campo. información general Blindaje representa la protección del volumen contra los efectos de campos eléctricos, magnéticos o electromagnéticos externos. Como regla general, este volumen contiene un dispositivo que necesita protección contra de este campo . Dependiendo del tipo y orientación del campo cribado, se selecciona el material y el diseño de la criba. Por ejemplo, el campo magnético se protege tradicionalmente mediante estructuras hechas de ferroimanes, y electro
campos magnéticos – utilizando estructuras conductoras. El diseño puede tener forma de esfera, de vaso con fondo, de cilindro largo, etc. hizo posible mejorar significativamente los parámetros de peso y tamaño de las estructuras de blindaje; sin embargo, la necesidad de utilizar helio líquido limita el uso de dichos escudos.
El uso de pantallas electromagnéticas HTSC en frecuencias del orden del sonido parece bastante prometedor, ya que el uso de metales comunes, como el cobre o el aluminio, requiere un gran espesor de pantalla (el espesor correspondiente de la capa superficial es de varios centímetros). Permalloy y otras pantallas con alto valor La permeabilidad magnética también se caracteriza por sus grandes dimensiones y peso.
Para muestras HTSC monocristalinas, las profundidades de penetración son fracciones de micrómetro. Para muestras policristalinas es significativamente mayor (10 μm); sin embargo, el uso de pantallas HTSC y carcasas protectoras circuitos integrados etc. es prometedor en comparación con otros métodos. La base física del funcionamiento de la pantalla es el efecto Meissner-Ochsenfeld. El campo magnético externo en un superconductor disminuye con la profundidad:
B(incógnita) = B(0) exp(- incógnita / λL), (4.9)
Dónde incógnita– distancia desde la superficie,
λL– Profundidad de penetración de Londres.
Para superconductores de baja temperatura λL=10 -7 m, por lo que los campos débiles prácticamente no penetran en el superconductor principal. Para los HTSC reales, como ya se señaló, este valor es mucho mayor. Si la magnitud del campo magnético externo se vuelve comparable al valor del campo crítico inferior, un superconductor de tipo II puede pasar a un estado intermedio. En este caso, la muestra se divide en regiones superconductoras y normales (estado de Shubnikov) alternadas y un campo magnético penetra en ella. La inducción de campo en la que la muestra pasa al estado de Shubnikov está determinada por su forma y las propiedades críticas del material. Para una pantalla en forma de cilindro con fondo plano y la relación entre el diámetro interno y externo no es superior a 0,7, este campo (perpendicular al eje del cilindro) se puede determinar a partir de la expresión
B ││ = antes de Cristo 1 [(1-d/D)/2] 1/2 , (4.10)
Dónde antes de Cristo 1 – inducción del primer campo crítico del material;
D, d– externo y diámetros internos pantalla.
La inducción del campo axial, en el que el material de la pantalla pasa a un estado intermedio, es aproximadamente igual a la inducción del campo crítico.
Para materiales HTSC el panorama se complica debido a que son conglomerados granulares, donde existen uniones de Josephson entre los gránulos de SP. En este caso, las propiedades de blindaje están asociadas con el valor del campo crítico de enlaces intergranulares, en el que el campo comienza a penetrar en el HTSC.
Normalmente, las pantallas magnéticas HTSC se fabrican mediante prensado hidrostático de una o dos caras del polvo HTSC y posterior cocción. Este método es adecuado para hacer pantallas pequeñas. Sin embargo, para la fabricación de cilindros largos o cribas, más forma compleja(esfera) este método no es adecuado. En este caso se utilizan pantallas discretas formadas por fragmentos de anillos. En trabajos anteriores, se fabricaron anillos de fragmentos que se pueden ensamblar en un cilindro largo. Estos fragmentos se pueden obtener aplicando películas finas o gruesas a una base cerámica.
Factor de blindaje (debilitamiento del campo) A se define como la relación entre la cantidad campo interno B yo hacia afuera - Ser:
A= B yo / Ser. (4.11)
La medición se realiza de la siguiente manera. Se coloca una pantalla con un sensor de campo dentro de un solenoide que establece el campo externo. El sensor utilizado es un sensor fluxgate o, como en nuestro caso, un sensor Hall. El solenoide de la varilla se introduce en un matraz Dewar que contiene nitrógeno líquido. Todo el sistema está ubicado dentro de una pantalla ferromagnética de dos capas instalada verticalmente con un coeficiente de debilitamiento del campo magnético terrestre de aproximadamente 100.
Se conecta una resistencia en serie con el devanado del solenoide. La caída de voltaje a través de la resistencia es proporcional a la magnitud del campo magnético externo del solenoide, la Hall EMF es proporcional a la magnitud del campo interno. Del gráfico experiencia de usuario=f( yo c) puede estimar el coeficiente de debilitamiento de campo para una pantalla determinada.
Arroz. 4.8. Anillo de fragmento de película gruesa de una pantalla magnética:
1 – cerámica, 2 – película
Arroz. 4.9. Temperatura quemado de película HTSC: T 1 =120°C (30 min) V 1 =30ºC/h; T2 = 910-915°C (10-20 min); T 3 =895°С, V 2 =6ºС/h; T4 =860°C
Misiones
1). Obtenga fragmentos de anillos de película gruesa.
1.1. Aplique pasta (polvo Bi-2212 y 10–15 % de aglutinante orgánico) a la base cerámica (Fig. 4.8).
1.2. Quemar la pasta en un horno eléctrico (Fig. 4.9).
Arroz. 4.10. Pantalla magnética: Ф – fragmentos anulares de la pantalla; D – sensor de pasillo;
a – distancia entre anillos de fragmentos; L – bobinado de solenoide
2). Montar escudos magnéticos.
2.1. Ensamble una pantalla a partir de anillos de fragmentos volumétricos.
2.2. Monte una pantalla a partir de fragmentos de anillos de película.
3). Mida el coeficiente de blindaje de pantallas volumétricas y de película.
3.1. Monte un circuito para medir el coeficiente de blindaje (Fig. 4.11).
Arroz. 4.11. Diagrama de instalación para medir el coeficiente de blindaje: IP - fuentes de alimentación, D - sensor Hall, C - registrador de dos ejes; L – solenoide;
R – resistencia
3.2. Obtener gráficos B yo=f( Ser).
3.3. Al cambiar la distancia entre los anillos, obtenga gráficos. k=B yo/Ser=f( a).
4). Elaborar un informe que contenga gráficos y su valoración comparativa.
1. ¿Cómo se realiza el blindaje?
2. ¿Qué pantallas hay?
3. ¿Qué dispositivos requieren blindaje?
4. Describe y explica el efecto Meissner.
5. Describe la condición de Shubnikov.
6. ¿Qué son los vórtices de Abrikosov?
7. Explicar la naturaleza de la dependencia. incógnita=f( a).
8. ¿Cómo funciona el dispositivo de medición del coeficiente de atenuación?
Literatura
1. Krasov V.G. y otros Tecnología de película gruesa en microelectrónica de microondas / Krasov V.G., Petratskas G.B., Chernozubov Yu.S. – M.: Radio y Comunicaciones, 1985.- 168 p.
2. Bondarenko S.I., Sheremet V.I. Aplicación de la superconductividad en medidas magnéticas - L.: Energoatomizdat, 1982.-132 p.
Conclusión
En este libro examinamos las principales cuestiones del diseño y la tecnología de la crioelectrónica de alta temperatura. Debido al volumen limitado del manual y al deseo de ahorrar tiempo al lector, se consideraron las cuestiones teóricas y prácticas más importantes. Muchos puntos esenciales, no suficientemente “avanzados” en términos prácticos, quedaron fuera de la vista.
Recientemente se han cumplido 90 años desde el descubrimiento de la superconductividad y 40 años desde que nacieron las tecnologías superconductoras de baja temperatura, incluida la crioelectrónica, basadas en materiales superconductores y tecnología criogénica a temperaturas de helio. Uno de sus primeros elementos fue un criotrón de alambre. En los últimos años, la crioelectrónica de baja temperatura ha experimentado un desarrollo significativo: dispositivos digitales basado en criotrones (al principio la película, y luego Josephson); receptores y convertidores de señales de microondas, dispositivos basados en SQUIDs, etc.
Han pasado más de 15 años desde el descubrimiento de la superconductividad a altas temperaturas, un acontecimiento que debería haber estimulado el trabajo en el campo de la superconductividad en general y de la crioelectrónica en particular. Y así sucedió: en 1996 el número y el alcance de las investigaciones en este campo aumentaron considerablemente y ahora son bastante significativos.
Sin embargo, a pesar de los éxitos evidentes, la crioelectrónica de alta temperatura está todavía en su infancia, por varias razones.
Hoy en día, persiste una situación dramática y tensa en el campo de la investigación HTSC. Las expectativas siguen siendo altas en este sentido. Gobiernos y empresas industriales que han invertido y continúan invirtiendo en la investigación del HTSC grandes fondos, siguen de cerca los aspectos aplicados de la investigación, por temor a perder el momento de un gran avance en el mercado HTSC, intensivo en conocimiento (y, por lo tanto, prometedor, prestigioso y rentable). Las grandes expectativas nos obligan a evaluar escrupulosamente tanto el estado actual de la investigación como su potencial de mercado.
Las razones que obstaculizan el desarrollo de la crioelectrónica también incluyen:
· escaso conocimiento de los procesos crioelectrónicos en estructuras y películas enfriadas,
· insuficiencia de ideas tecnológicas y de diseño reales para la creación de dispositivos crioelectrónicos integrados y circuitos integrados especialmente fiables, reproducibles, multielementos y multicapa con espacios submicrónicos.
Prácticamente no existen métodos para reducir la intensidad energética y los indicadores de peso y tamaño de los criostatos, o aumentar el período de funcionamiento continuo.
En otras palabras, es necesario encontrar soluciones que hagan que los resultados obtenidos sean baratos, reproducibles y accesibles. Esperamos que los conocimientos y habilidades que adquieras te ayuden a resolver tus problemas.
Uso: para obtener un espacio sin campo magnético, proporcionando una mejor calidad de blindaje. La pantalla magnética tiene la forma de una carcasa con una trampilla, y la carcasa está ubicada coaxialmente con un anillo de imán permanente instalado verticalmente con magnetización axial o dos carcasas ubicadas de forma móvil con respecto al anillo, hechas de un material compuesto o diamagnético. . La invención se puede utilizar en medicina para aliviar el estrés durante tormentas magnéticas y en tecnología en la producción de imanes permanentes homogéneos, semiconductores, en la producción y configuración de equipos radioelectrónicos. 3 puestos salariales, 2 enfermos.
La invención se refiere a la tecnología de medición y se puede utilizar para obtener un espacio sin campo magnético, en el que se llevan a cabo ajustes y pruebas, por ejemplo, sensores de tipo compuerta de flujo de equipos de medición por radio. Las pantallas magnéticas hechas de materiales ferromagnéticos son conocidas por trabajo eficiente que utilizan, por ejemplo, una bobina inductora desmagnetizadora enrollada en la carcasa y una fuente de alimentación. Con relativa frecuencia, para reducir el campo magnético residual, una pantalla hecha de varias capas de material ferromagnético se equipa con un devanado desmagnetizador adicional. Desventaja sistemas similares es conexión obligatoria pantalla fuente energía eléctrica, que se utiliza con baja eficiencia. para reducir costos de energía Se utilizan pantallas hechas de material superconductor o que contienen devanados superconductores. Al mismo tiempo, el diseño se vuelve mucho más complicado y el uso de la pantalla en condiciones de campo. Como prototipo se utilizó un dispositivo de sala blindado para mediciones magnéticas, que contiene un marco con una pantalla ferromagnética multicapa, columnas de soporte en la base y dispositivos de iluminación. Sin embargo, en este caso, según sea necesario, cuando las capas son magnetizadas por el campo magnético de la Tierra, se conecta una fuente de energía a la parte superior de las esquinas de cada capa. Así, en este como en otros casos, el campo magnético terrestre juega un papel negativo. Para protegerse contra ello crean varias pantallas. El objetivo de la invención es mejorar la calidad del blindaje. Esto se logra por el hecho de que la pantalla magnética está hecha en forma de una carcasa con una trampilla, y la carcasa está ubicada coaxialmente con el anillo de un imán permanente con magnetización axial o dos carcasas ubicadas de forma móvil con respecto al anillo, hechas de un material compuesto o diamagnético, por ejemplo, cobre. En la figura. 1 muestra un imán anular permanente; Fig. 2 - topografía del campo magnético del anillo. El anillo magnético permanente 1 está hecho con un radio interno R y espesor , las carcasas 3 con trampillas 4 para acceder al interior de la carcasa están instaladas en el soporte 2 a una distancia S del anillo. La Figura 2 muestra la topografía del campo magnético de un anillo con magnetización axial, que tiene regiones específicas ly k. El personal coloca los dispositivos utilizados para el trabajo (ajuste) en la carcasa 3 (si es necesario, lo coloca él mismo) y lo instala a una distancia S determinada. dimensiones características anillos R y . En este caso, la ubicación de las capas coincide con las regiones l y k, en las que el campo magnético del anillo es cero. Estas áreas son el vacío magnético. La colocación vertical del anillo simplifica su instalación y la posición relativa de las conchas. En este caso, el campo magnético del anillo puede coincidir o caso general y no coincidir con el campo magnético de la Tierra. El material de la carcasa se selecciona teniendo en cuenta su neutralidad al campo magnético. En particular, dicho material puede ser un material compuesto o diamagnético. El uso de un imán permanente con magnetización axial en forma de anillo y una determinada disposición de conchas permite crear volúmenes sin campo magnético que, por ejemplo, pueden utilizarse en medicina para aliviar el estrés durante tormentas magnéticas, en tecnología para la producción y configuración de equipos radioelectrónicos, en industrias avanzadas (producción de imanes permanentes homogéneos, semiconductores, LSI, etc.).
Fórmula de invención
1. PANTALLA MAGNÉTICA, realizada en forma de concha con trampilla, caracterizada porque la concha se ubica coaxialmente con el anillo de un imán permanente con magnetización axial a una distancia s = (2-2,5), donde s es la distancia desde el plano de simetría del anillo hasta el centro de delaminación natural el campo magnético de dicho anillo, en el que se ubica la pantalla magnética con su centro alineado con el centro de estratificación natural del campo magnético de la fuente magnética (anillo ); - el espesor del anillo y el radio de la carcasa son proporcionales al radio del orificio central del imán permanente anular. 2. Pantalla según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene dos carcasas situadas de forma coaxial y móvil con respecto al imán permanente. 3. Pantalla según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque las carcasas son de material compuesto. 4. Pantalla según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque las carcasas están fabricadas en material diamagnético, por ejemplo cobre.
¿Cómo puedes hacer que dos imanes uno al lado del otro no sientan la presencia del otro? ¿Qué material se debe colocar entre ellos para que las líneas del campo magnético de un imán no lleguen al segundo imán?
Esta cuestión no es tan trivial como podría parecer a primera vista. Necesitamos aislar verdaderamente los dos imanes. Es decir, de modo que estos dos imanes puedan girarse y moverse de manera diferente entre sí y, sin embargo, cada uno de estos imanes se comporte como si no hubiera otro imán cerca. Por lo tanto, cualquier truco que implique colocar un tercer imán o ferroimán cerca para crear alguna configuración especial de campos magnéticos con compensación de todos los campos magnéticos en un punto particular no funciona en principio.
Diamagnético???
A veces piensan erróneamente que un aislante de campo magnético de este tipo puede servir diamagnético. Pero esto no es cierto. Un material diamagnético en realidad debilita el campo magnético. Pero debilita el campo magnético sólo en el espesor del propio diamagnético, dentro del diamagnético. Debido a esto, muchas personas piensan erróneamente que si uno o ambos imanes están encerrados en un trozo de material diamagnético, su atracción o repulsión se debilitará.
Pero esto no es una solución al problema. En primer lugar, las líneas de campo de un imán seguirán llegando a otro imán, es decir, el campo magnético sólo disminuye en el espesor del diamagnético, pero no desaparece por completo. En segundo lugar, si los imanes están encerrados en el espesor del material diamagnético, entonces no podemos moverlos ni rotarlos entre sí.
Y si solo lo haces con un diamagnético pantalla plana, entonces esta pantalla transmitirá un campo magnético a través de sí misma. Además, detrás de esta pantalla el campo magnético será exactamente el mismo que si esta pantalla diamagnética no existiera en absoluto.
Esto sugiere que incluso los imanes incrustados en un material diamagnético no experimentarán un debilitamiento del campo magnético de los demás. De hecho, donde se encuentra el imán de pared, simplemente no hay material diamagnético directamente en el volumen de este imán. Y como en el lugar donde se encuentra el imán amurallado no hay ningún material diamagnético, significa que ambos imanes amurallados interactúan entre sí exactamente de la misma manera que si no estuvieran amurallados en el material diamagnético. El material diamagnético que rodea estos imanes es tan inútil como el escudo diamagnético plano entre los imanes.
diamagnético ideal
Necesitamos un material que no permita que las líneas del campo magnético lo atraviesen en absoluto. Es necesario que las líneas del campo magnético sean expulsadas de dicho material. Si las líneas del campo magnético atraviesan un material, entonces, detrás de una pantalla hecha de dicho material, recuperan completamente toda su fuerza. Esto se deriva de la ley de conservación del flujo magnético.
En un material diamagnético, el debilitamiento del campo magnético externo se produce debido al campo magnético interno inducido. Este campo magnético inducido es creado por corrientes circulares de electrones dentro de los átomos. Cuando se activa un campo magnético externo, los electrones de los átomos deberían comenzar a moverse alrededor de las líneas de fuerza del campo magnético externo. Este movimiento circular inducido de los electrones en los átomos crea un campo magnético adicional, que siempre está dirigido contra el campo magnético externo. Por lo tanto, el campo magnético total dentro del diamagnético se vuelve menor que en el exterior.
Pero no se produce una compensación completa del campo externo debido al campo interno inducido. No hay suficiente intensidad de corriente circular en los átomos diamagnéticos para crear exactamente el mismo campo magnético que el campo magnético externo. Por tanto, las líneas de fuerza del campo magnético externo permanecen en el espesor del material diamagnético. El campo magnético externo, por así decirlo, "perfora" el material diamagnético de principio a fin.
El único material que expulsa las líneas del campo magnético fuera de sí mismo es un superconductor. En un superconductor, un campo magnético externo induce corrientes circulares alrededor de las líneas del campo externo que crean un campo magnético de dirección opuesta exactamente igual al campo magnético externo. En este sentido, un superconductor es un diamagnético ideal.
En la superficie de un superconductor, el vector de intensidad del campo magnético siempre se dirige a lo largo de esta superficie, tangencial a la superficie del cuerpo superconductor. En la superficie de un superconductor, el vector del campo magnético no tiene una componente dirigida perpendicular a la superficie del superconductor. Por lo tanto, las líneas del campo magnético siempre se curvan alrededor de un cuerpo superconductor de cualquier forma.
Curvatura de un superconductor por líneas de campo magnético.
Pero esto no significa en absoluto que si se coloca una pantalla superconductora entre dos imanes se vaya a solucionar el problema. El hecho es que las líneas del campo magnético del imán pasarán a otro imán, sin pasar por la pantalla superconductora. Por lo tanto, una pantalla superconductora plana sólo debilitará la influencia de los imanes entre sí.
Este debilitamiento de la interacción entre los dos imanes dependerá de cuánto haya aumentado la longitud de la línea de campo que conecta los dos imanes entre sí. Cuanto mayor sea la longitud de las líneas de campo de conexión, menor será la interacción entre dos imanes.
Este es exactamente el mismo efecto que si aumentaras la distancia entre los imanes sin ninguna pantalla superconductora. Si aumenta la distancia entre los imanes, la longitud de las líneas del campo magnético también aumenta.
Esto significa que para aumentar la longitud de las líneas eléctricas que conectan dos imanes sin pasar por la pantalla superconductora, es necesario aumentar las dimensiones de esta pantalla plana tanto en longitud como en anchura. Esto conducirá a un aumento en la longitud de las líneas eléctricas de derivación. Y cuanto mayores son las dimensiones de la pantalla plana en comparación con la distancia entre los imanes, menor es la interacción entre los imanes.
La interacción entre los imanes desaparece por completo sólo cuando ambas dimensiones de la pantalla plana superconductora se vuelven infinitas. Esto es análogo a la situación cuando los imanes se extendieron hasta el infinito. larga distancia, y por lo tanto la longitud de las líneas del campo magnético que los conectaban se volvió infinita.
En teoría, esto, por supuesto, resuelve completamente el problema. Pero en la práctica no podemos fabricar una pantalla plana superconductora de infinitas dimensiones. Me gustaría tener una solución que pueda implementarse en la práctica en el laboratorio o en producción. (Ya no estamos hablando de condiciones cotidianas, ya que es imposible fabricar un superconductor en la vida cotidiana).
División espacial por superconductor
De lo contrario, la pantalla plana es infinita. tallas grandes Puede interpretarse como dividir todo el espacio tridimensional en dos partes que no están conectadas entre sí. Pero no es sólo una pantalla plana de tamaño infinito la que puede dividir el espacio en dos partes. Cualquier superficie cerrada también divide el espacio en dos partes, el volumen dentro de la superficie cerrada y el volumen fuera de la superficie cerrada.
Por ejemplo, cualquier esfera divide el espacio en dos partes: la bola que está dentro de la esfera y todo lo que está fuera.
Por tanto, una esfera superconductora es un aislante ideal de un campo magnético. Si se coloca un imán en una esfera superconductora de este tipo, ningún instrumento podrá detectar si hay un imán dentro de esta esfera o no.
Y, a la inversa, si lo colocan dentro de una esfera de este tipo, los campos magnéticos externos no actuarán sobre usted. Por ejemplo, ningún instrumento puede detectar el campo magnético de la Tierra dentro de una esfera superconductora de este tipo. Dentro de dicha esfera superconductora será posible detectar únicamente el campo magnético de aquellos imanes que también estarán ubicados dentro de esta esfera.
Finalmente, podemos rotar y mover ambos imanes entre sí como queramos. Es cierto que el primer imán está limitado en sus movimientos por el radio de la esfera superconductora. Pero eso es lo que parece. De hecho, la interacción de dos imanes depende únicamente de su posición relativa y de sus rotaciones alrededor del centro de gravedad del imán correspondiente. Por lo tanto, basta con colocar el centro de gravedad del primer imán en el centro de la esfera y colocar allí el origen de coordenadas en el centro de la esfera. Todas las opciones posibles para la ubicación de los imanes estarán determinadas únicamente por todos. opciones posibles
la ubicación del segundo imán en relación con el primer imán y sus ángulos de rotación alrededor de sus centros de masa. Por supuesto, en lugar de una esfera, puede tomar cualquier otra forma de superficie, por ejemplo, un elipsoide o una superficie en forma de caja, etc. Si tan solo dividiera el espacio en dos partes. Es decir, en esta superficie no debe haber ningún agujero por el que pueda pasar un línea eléctrica
