磁學是物理學最古老的研究領(lǐng)域之一,目前仍然充滿了生機活力。對于磁性物理的科學研究、磁性材料相關(guān)的探索來說,磁場設(shè)備bi不可shao,因為在外加磁場的作用下,樣品會表現(xiàn)出特殊的物理性質(zhì),并帶來了巨大的應(yīng)用前景,比如霍爾效應(yīng)、磁阻效應(yīng)、各類磁性材料、磁性傳感器、自旋電子學、超導(dǎo)材料等。
那平常我們用到的磁性設(shè)備主要有哪些呢?這里主要分為兩大類,一類是普通的磁場設(shè)備,這類設(shè)備主要包括,電磁鐵、亥姆霍茲線圈、螺線管等磁性產(chǎn)品。另一類是超導(dǎo)磁場設(shè)備,主要是各類超導(dǎo)磁體。兩者的主要區(qū)別在于,普通磁場設(shè)備使用的是普通導(dǎo)線繞制,超導(dǎo)磁體使用的是超導(dǎo)線材繞制,具體有哪些方面的不同。
普通電磁場設(shè)備主要有電磁鐵、亥姆霍茲線圈、螺線管等,一般來說,電磁鐵能夠滿足3T以下的磁場使用需求。螺線管的磁場強度一般在幾百高斯或者一千多高斯左右,極限在幾千高斯。亥姆霍茲線圈的磁場強度一般在幾高斯、幾十高斯、極限在幾百高斯。
電磁鐵與另外兩類的差別主要是電磁鐵具有鐵芯,磁場強度更高。螺線管和亥姆霍茲線圈沒有鐵芯,磁場強度較弱。電磁鐵和亥姆霍茲線圈有一維、二維、三維之分,螺線管一般是一個獨立的一維磁場。對于特殊的應(yīng)用場景和磁場使用需求,一般會有針對性的解決方案和du特設(shè)計。
超導(dǎo)磁體是指低溫下用具有高轉(zhuǎn)變溫度和臨界磁場特別高的第二類超導(dǎo)體制成線圈的一種電磁體。它的主要特點是無導(dǎo)線電阻產(chǎn)生的電損耗,也沒有因鐵芯存在而產(chǎn)生的磁損耗,具有很強的實用價值。在工業(yè)和科研上應(yīng)用極廣,但它必須在液態(tài)氦溫度下工作,成本較高。
超導(dǎo)磁體在很多方面都比常規(guī)磁體*:
①超導(dǎo)磁體穩(wěn)定運行時本身沒有焦耳熱的損耗,對于需要在較大空間中獲得直流強磁場的磁體,這一點尤為突出,可以大量節(jié)約能源,且所需的勵磁功率很小
②超導(dǎo)材料可以有很高的電流密度,因此超導(dǎo)磁體體積小,重量輕,而且可以較容易地滿足關(guān)于高均勻度或高磁場梯度等方面的特殊要求。
目前,超導(dǎo)磁體一般可以產(chǎn)生3-18T,以及20T以上的強磁場,對于一些特殊領(lǐng)域的研究,如強磁場中凝聚態(tài)物理學研究、強磁場下的核磁共振研究、強磁場下物性研究等方面,強磁場條件bi不可shao,而且隨著磁場強度的提高,將會產(chǎn)生新的前沿性課題,對科學的發(fā)展和新技術(shù)、新材料的開發(fā)和應(yīng)用具有重要的意義。