Сравнительные параметры магнитометров на

УДК 538.945(06)+539.2(06) Сверхпроводимость и физика наноструктур
Л.П. ИЧКИТИДЗЕ
Московский государственный институт электронной техники
(технический университет)
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ МАГНИТОМЕТРОВ
НА СВЕРХПРОВОДНИКАХ ДЛЯ БИОМЕДИЦИНСКИХ
СИСТЕМ
Проведен сравнительный анализ параметров магнитометров на основе сверхпроводников, используемых в биомедицинских системах. Показано, что магнитомодуляционные магнитометры на основе нелинейной восприимчивости керамического ВТСП материала могут иметь параметры близкие ВТСП СКВИД магнитометрам, работающих при температуре жидкого азота. Более высокие показатели (разрешение по магнитному полю, динамический диапазон измерения и
др.) можно достигнуть в магнитомодуляционных магнитометрах, в которых в качестве магниточувствительного элемента использовать керамический ВТСП материал системы Bi-2223.
Среди известных магнитометров слабого магнитного поля (феррозондовые, магниторезистивные, магниторезонансные и др.) СКВИДы являются рекордсменами по разрешению магнитного пол B~10-14 Тл, по
разрешению магнитного потока ~10-60 (где 0 210-15 Вб - квант магнитного потока) и по широкому диапазону динамического измерения Dr>180 дБ [1]. Однако СКВИД-магнитометрам присущ ряд недостатков.
Прежде всего они довольно сложны, дороги и недолговечны. Они непосредственно не измеряют магнитное
поле, а только чувствуют его приращение, поэтому для измерения абсолютного значения магнитного поля
СКВИД-магнитометр следует снабдить сложной и дорогой электроникой. Это необходимо сделать для решения многих задач, в частности определения восприимчивости или намагниченности печени, легких и других органов и тканей человека во внешних полях ~100 мкТл для диагностики различных заболевании [2,3].
В этих приложениях СКВИД-магнитометр должен иметь B~10-12 Тл и Dr140 дБ.
Керамические высокотемпературные сверхпроводящие (ВТСП) материалы являются гранулярными,
представляют собой «джозефсоновскую среду» и имеют высокую нелинейную восприимчивость в слабых
магнитных полях B<1 мТл. Это свойство используется в магнитомодуляционных магнитометрах (МММ), в
которых магниточувствительным элементом служит небольшой стержень (диаметр 1-10 мм, длина 5-20
мм) из керамического ВТСП материала. МММ на основе керамического ВТСП работает аналогично феррозондового магнитометра измеряет абсолютное значение магнитного поля, просты в изготовлении и в обслуживание, на порядок более дешевле, чем ВТСП СКВИДы и имеют хорошую перспективу широкомасштабного использования в различных биомедицинских системах.
Опытные МММ на основе керамического ВТСП материала системы Y-123 имеют параметры близкие к
ВТСП СКВИДам: B~10-11 Тл, Dr~120 дБ, рабочая температура T~77 К [4-5]. Характеристики МММ значительно улучшаются при использовании в качестве магниточувствительного элемента керамического ВТСП
материала системы Bi-2223 [6]. Действительно, большая разница между критической и рабочей температурой T=Tc T в материалах Bi-2223 (T ~30 К), чем в материалах Y-123 (T ~14 К) в жидком азоте коррелируется с низкой плотностью спектрального шума, и следовательно, с низким значением B в Bi-2223. Одновременно, в этом же материале при T~77 К плотность джозефсоновского тока между гранулами гораздо
выше, чем в Y-123. Поэтому в него отклик джозефсоновской среды на втором гармонике должен наблюдаться до больших значении внешнего магнитного поля B*~1 мТл, чем в Y-123 (B*<0,3 мТл).
Таким образом, более низкое оценочное B <10-12 Тл [7] и более высокое B*~1 мТл [6] в ВТСП висмутовом (Bi-2223) керамике, чем в иттриевой (Y-123) керамике позволяют создать на их основе МММ с параметрами (B 10-12 Тл и Dr140 дБ) близкими к ВТСП СКВИДам.
Автор выражает благодарность профессору Селищеву С.В. за поддержку данной работы.
Список литературы
1. Кнеппо П., Титомир Л.И. Биомагнитные измерения.  М.: Энергоатомиздат, 1989. – 288 с.
2. Farrell D.E. // 13 th International conference on biomagnetism. August 10-14, Iena, Germany, 2002. BIOMAG2002.
P.285.
3. Zheng Y., Kotani M., Utsukawa Y., and et al. // 14 th International conference on biomagnetism. August 8-12. Boston,
Massachusetts, USA. 2004. BIOMAG2004. P. 267-268.
4. Белодедов М. В., Черных С.В. // Приборы и техника эксперимента, 2001, №4. С.157-161.
5. Головашкин А.И., Кузмычев Н.Д., Славкин В.В. // Журнал технической физики. 2006. Т.76, вып.3. С. 81- 85.
6. Grigorashvily Y. E., Ichkitidze L. P., Volik N.N. // Physica C. 2006. V.435. P. 140-143.
7. David B., Grundler D., Krey S., and et al. // Supercond. Sci. Technol., 1996. Vol. 9. P. A96-A99.