Особенности повышения чувствительности датчиков-ограничителей на основе тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников

Особенности повышения чувствительности датчиков-ограничителей на основе тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников

Приведены исследования возможности детектирования мощных электромагнитных излучений сверхмалой длительности, используя эффект обратимого разрушения сверхпроводимости в тонких пленках высокотемпературных сверхпроводников. Основываясь на результатах данных исследований, показана возможность уменьшения...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Вопросы атомной науки и техники
Дата:2006
Автори: Кучер, Д.Б., Харланов, А.И., Степанова, М.В.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2006
Теми:
Приложения и технологии
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81278
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Особенности повышения чувствительности датчиков-ограничителей на основе тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников / Д.Б. Кучер, А.И. Харланов, М.В. Степанова // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 5. — С. 229-231. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-81278
record_format dspace
spelling Кучер, Д.Б.
Харланов, А.И.
Степанова, М.В.
2015-05-13T19:52:43Z
2015-05-13T19:52:43Z
2006
Особенности повышения чувствительности датчиков-ограничителей на основе тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников / Д.Б. Кучер, А.И. Харланов, М.В. Степанова // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 5. — С. 229-231. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
1562-6016
PACS: 74.76.Db
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81278
Приведены исследования возможности детектирования мощных электромагнитных излучений сверхмалой длительности, используя эффект обратимого разрушения сверхпроводимости в тонких пленках высокотемпературных сверхпроводников. Основываясь на результатах данных исследований, показана возможность уменьшения времени срабатывания сверхпроводящих приборов внешним магнитным полем.
In this work authors adduce researches into the ability of detecting of powerful electromagnetic radiations of midget duration by using of the effect of irreversible destruction of superconductivity in thin films of high-temperature superconductors. It is also shown an opportunity of reduction of the extreme time of gauges-terminators’ operation by influence of the outer magnetic field.
Наведені дослідження можливості детектувания потужних електромагнітних випромінювань надмалої тривалості, використовуючи ефект оборотного руйнування надпровідності в тонких плівках високотемпературних надпровідників. Ґрунтуючись на результатах даних досліджень, показана можливість зменшення часу спрацьовування надпровідних приладів зовнішнім магнітним полем.
ru
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
Вопросы атомной науки и техники
Приложения и технологии
Особенности повышения чувствительности датчиков-ограничителей на основе тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников
Features of sensitization of sensors - delimiters on the basis of thin films of high-temperature superconductors
Особливості підвищення чутливості датчиків-обмежників на основі тонких плівок високотемпературних надпровідників
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Особенности повышения чувствительности датчиков-ограничителей на основе тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников
spellingShingle Особенности повышения чувствительности датчиков-ограничителей на основе тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников
Кучер, Д.Б.
Харланов, А.И.
Степанова, М.В.
Приложения и технологии
title_short Особенности повышения чувствительности датчиков-ограничителей на основе тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников
title_full Особенности повышения чувствительности датчиков-ограничителей на основе тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников
title_fullStr Особенности повышения чувствительности датчиков-ограничителей на основе тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников
title_full_unstemmed Особенности повышения чувствительности датчиков-ограничителей на основе тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников
title_sort особенности повышения чувствительности датчиков-ограничителей на основе тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников
author Кучер, Д.Б.
Харланов, А.И.
Степанова, М.В.
author_facet Кучер, Д.Б.
Харланов, А.И.
Степанова, М.В.
topic Приложения и технологии
topic_facet Приложения и технологии
publishDate 2006
language Russian
container_title Вопросы атомной науки и техники
publisher Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
format Article
title_alt Features of sensitization of sensors - delimiters on the basis of thin films of high-temperature superconductors
Особливості підвищення чутливості датчиків-обмежників на основі тонких плівок високотемпературних надпровідників
description Приведены исследования возможности детектирования мощных электромагнитных излучений сверхмалой длительности, используя эффект обратимого разрушения сверхпроводимости в тонких пленках высокотемпературных сверхпроводников. Основываясь на результатах данных исследований, показана возможность уменьшения времени срабатывания сверхпроводящих приборов внешним магнитным полем. In this work authors adduce researches into the ability of detecting of powerful electromagnetic radiations of midget duration by using of the effect of irreversible destruction of superconductivity in thin films of high-temperature superconductors. It is also shown an opportunity of reduction of the extreme time of gauges-terminators’ operation by influence of the outer magnetic field. Наведені дослідження можливості детектувания потужних електромагнітних випромінювань надмалої тривалості, використовуючи ефект оборотного руйнування надпровідності в тонких плівках високотемпературних надпровідників. Ґрунтуючись на результатах даних досліджень, показана можливість зменшення часу спрацьовування надпровідних приладів зовнішнім магнітним полем.
issn 1562-6016
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81278
citation_txt Особенности повышения чувствительности датчиков-ограничителей на основе тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников / Д.Б. Кучер, А.И. Харланов, М.В. Степанова // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 5. — С. 229-231. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT kučerdb osobennostipovyšeniâčuvstvitelʹnostidatčikovograničiteleinaosnovetonkihplenokvysokotemperaturnyhsverhprovodnikov
AT harlanovai osobennostipovyšeniâčuvstvitelʹnostidatčikovograničiteleinaosnovetonkihplenokvysokotemperaturnyhsverhprovodnikov
AT stepanovamv osobennostipovyšeniâčuvstvitelʹnostidatčikovograničiteleinaosnovetonkihplenokvysokotemperaturnyhsverhprovodnikov
AT kučerdb featuresofsensitizationofsensorsdelimitersonthebasisofthinfilmsofhightemperaturesuperconductors
AT harlanovai featuresofsensitizationofsensorsdelimitersonthebasisofthinfilmsofhightemperaturesuperconductors
AT stepanovamv featuresofsensitizationofsensorsdelimitersonthebasisofthinfilmsofhightemperaturesuperconductors
AT kučerdb osoblivostípídviŝennâčutlivostídatčikívobmežnikívnaosnovítonkihplívokvisokotemperaturnihnadprovídnikív
AT harlanovai osoblivostípídviŝennâčutlivostídatčikívobmežnikívnaosnovítonkihplívokvisokotemperaturnihnadprovídnikív
AT stepanovamv osoblivostípídviŝennâčutlivostídatčikívobmežnikívnaosnovítonkihplívokvisokotemperaturnihnadprovídnikív
first_indexed 2025-11-25T22:19:51Z
last_indexed 2025-11-25T22:19:51Z
_version_ 1850562674790760448
fulltext ОСОБЕННОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ДАТЧИ- КОВ-ОГРАНИЧИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК ВЫСОКО- ТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ Д.Б. Кучер, А.И. Харланов, М.В. Степанова СВМИ им. П.С.Нахимова, Севастополь Приведены исследования возможности детектирования мощных электромагнитных излучений сверхма- лой длительности, используя эффект обратимого разрушения сверхпроводимости в тонких пленках высоко- температурных сверхпроводников. Основываясь на результатах данных исследований, показана возмож- ность уменьшения времени срабатывания сверхпроводящих приборов внешним магнитным полем. PACS: 74.76.Db Анализ результатов исследований, проводимых в области генерирования мощных электромагнитных излучений (МЭМИ) малой длительности, показывает возможность их применения для вывода из строя чув- ствительных элементов радиоэлектронной аппарату- ры (РЭА) через линии передачи информации [3,2]. Применяемые в данных линиях схемотехниче- ские системы защиты, построенные на газоразряд- ных и полупроводниковых приборах, не способны обеспечить устойчивое функционирование РЭА в условиях данного электромагнитного воздействия из-за их сравнительно высокой инерционности по сравнению с длительностью МЭМИ [2]. Наиболее перспективным в данной области яв- ляется применение явления обратимого разрушения тонкой пленки высокотемпературного сверхпровод- ника (ВТСП) для создания быстродействующих дат- чиков-ограничителей (ДО). Из всех существующих ВТСП второго рода (для которых процесс разруше- ния сверхпроводимости обусловлен граничными критическими токами начала и окончания перехода из сверхпроводящего в нормальное состояние (Ic1, Ic2)) в настоящее время наиболее широкое примене- ние в технике нашли сверхпроводники типа YBa2Cu3O7, температура перехода в сверхпроводя- щее состояние которого составляет 92 К. Это связа- но с тем, что их свойства наиболее глубоко изучены, а приемлемость их эксплуатационных характери- стик позволяет реально использовать именно этот тип ВТСП в микроэлектронике [1-4]. В работе [4] был проведен анализ энергетическо- го воздействия МЭМИ на нагрузку антенно-фидер- ного тракта несимметричного вибратора, и обосно- вана целесообразность использования ДО на основе ВТСП. На основании результатов, полученных в ра- боте, можно сделать вывод, что для ВТСП пленки характерны три состояния: сверхпроводящая фаза (S), переходный процесс из сверхпроводящей в нор- мальную фазу (S-N переход), нормальная фаза (N). В S фазе через сверхпроводник течет транспортный ток, величина которого меньше критического тока Ic1. При достижении током значения i(tc1)=Ic1 на- ступает переходный S-N процесс и в ВТСП возни- кают нормально проводящие области, которые с на- растанием тока распространяются от краев пленки к ее центру. При достижении током значения i(tc2)=Ic2 переходный процесс заканчивается, и сверхпроводник полностью переходит в N-фазу. При этом сопротивление изменяется от величины равной волновому сопротивлению линии до сотен килоом. Соответственно в цепи при S-N переходе коэффициент затухания будет возрастать, а в N фазе достигнет максимума, что существенно ослабит влияние МЭМИ на нагрузку. Однако в работах [2,4] показано, что с увеличением длительности импульса и уменьшением его амплитуды, время срабатывания ДО увеличивается, и его характеристики становятся сравнимы с характеристиками полупроводниковых приборов. Поэтому целесообразно проводить усо- вершенствование рассматриваемого устройства пу- тем увеличения его чувствительности за счет умень- шения критических токов Iс1 и Iс2, что приведет к увеличению скорости перехода из сверхпроводяще- го состояния в нормальное. Рис.1. Зависимость выделяемой на нагрузке антен- ны энергии от длины несимметричного вибратора в сверхпроводящем состоянии ВТСП Рис.2. Зависимость выделяемой на нагрузке антен- ны энергии от длины несимметричного вибратора при S-N переходе ___________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 5. Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (5), с.229-231. 229 Рис.3. Зависимость выделяемой на нагрузке антен- ны энергии от длины несимметричного вибратора в нормальном состоянии В основе принципа действия ДО лежит возмож- ность изменения волнового сопротивления при обратимом разрушении сверхпроводимости ВТСП, и, как следствие, изменения энергии, выделяемой на нагрузке [4]. Графически зависимости энергии от длины антенны, выделяемой на нагрузке, показаны на Рис.1-3. Конструктивно ДО может быть выполнен в виде микрополосковой линии (МПЛ) передачи, основ- ным элементом которой является тонкая ВТСП пленка (Рис.4). Рис.4. Сверхпроводящее защитное устройство ДО на основе МПЛ и его основные конструктивные па- раметры. 1 – высокотемпературный сверхпровод- ник; 2 – подложка; 3 – металлический экран Высокотемпературный сверхпроводник 1 лен- точного типа прямоугольного сечения (тонкая пленка), расположен на подложке 2 с диэлектриче- ской проницаемостью 2rε , на обратной стороне ко- торой расположен металлический экран 3. Для того, чтобы в нормальной фазе получить максимально воз- можное сопротивление, тонкую ВТСП пленку распо- лагают меандром. При этом сверхпроводник длиной l=50 см и шириной W= 610 40 −⋅ м компактно распола- гается на подложке площадью 2 см2, что позволяет достичь сопротивления в сотни килоом в нормальной фазе. Для реализации механизма быстрого токового разрушения сверхпроводимости, обеспечивающего малую длительность существования смешанного со- стояния, толщина тонкой ВТСП пленки h не должна превышать 610 2,0 −⋅ м [2]. Данное устройство подключается к коаксиально- му кабелю входной цепи АФУ последовательно при помощи коаксиально-полоскового перехода и поме- щается в термостат с жидким азотом, температура кипения которого составляет 77 К. Известно, что изменение значения транспортно- го тока прямо пропорционально изменению магнит- ной индукции, наводимой на поверхности сверхпро- водника с цилиндрической симметрией распределе- ния тока, следовательно, для увеличения скорости достижения величин критических токов необходимо поместить ДО во внешнее магнитное поле. Для этого можно использовать катушку с источником постоян- ного тока. При изменении величины тока в цепи ка- тушки, будет изменяться магнитное поле, которое пронизывает тонкую ВТСП пленку. Взаимосвязь транспортного тока, протекающего через сверхпроводник, с внешним магнитным полем можно представить следующим образом: µµ π µµ π 00 1 0 22 1 внешIc rBrB Ic −= , (1) где 0µ − магнитная постоянная; µ − магнитная про- ницаемость среды; r – расстояние от проводника с током до точки, в которой определяется магнитная индукция, м; 1IcB – индукция магнитного поля, со- здаваемого транспортным током в ВТСП, Тл; внешB − индукция внешнего магнитного поля, Тл. При достижении транспортным током значения i( 01tc )= 01Ic (где 01Ic < 1Ic ) в тонкой ВТСП пленке на- чнется переходный процесс, момент начала которо- го изменяется от 1tc до 01tc (4) 22 2 2 2 2 1 1 2 111 0 0 1 1 aA a A A a A AaA RIc tc pp í + + −+ + +− ⋅ = α ω α α ω α , (2) где 222 1 2 1 24222 2 1 ))(( )( p npaдm a aRChE A ωα αω +− − = , 222 2 2 2 24222 2 2 ))(( )( p npaдm a aRChE A ωα αω +− − = . Аналогичные расчеты проводятся и для нахо- ждения критического тока i( 02tc )= 0Ic2 = µµ π 0 2 2 внешrB Ic − . Очевидно, что чем меньше значения критиче- ских токов, тем быстрее будет срабатывать защита и тем меньше вероятность возникновения необрати- мых разрушений в чувствительных элементах, вхо- дящих в состав нагрузки. Исходя из рассмотренного в работе [1] выраже- ния для реакции дипольной антенны на воздействие импульсного электрического поля, а также критиче- ского времени начала и окончания S-N перехода с учетом внешнего подмагничивания (2), значение энергии, выделяемой на нагрузке, в момент разру- шения сверхпроводимости можно записать следую- щим образом: dt R et ta te R ta taRChE W tc tc í ta p i p p tt í i pi iHpaÄi SN i ∫ ∑                             − + + × × +− − − = −− = + 0 0 2 1 )( 2 1 22 2 max1 ))sin( )( )(cos( ))(( ))(( )1( ω α ω ω ωα αω α , (3) где Emax – амплитуда напряженности электрического поля импульса, В/м; h – длина антенны, м; hД = h/2 – действующая длина антенны, м; Са – емкость антен- ны по отношению к земле, Ф; pap LC/1=ω , с-1; RH – 230 сопротивление нагрузки антенны, Ом; RИ – сопро- тивление излучения антенны в точке первого резо- нанса, Ом; Lp – индуктивность антенны в точке пер- вого резонанса, Гн; ( )[ ] 2/)()( 2 paИH CtRRRt ωα ++= − коэффициент затухания импульса, с-1; )(tR сопро- тивление тонкой ВТСП пленки при S-N переходе, Ом; iа − параметры импульса (i=1,2), с-1. Переход из сверхпроводящего состояния в нор- мальное осуществляется за столь малый промежуток времени, что функцию, находящуюся под знаком ин- теграла, можно аппроксимировать путем разложения в ряд Маклорена, выполнив соответствующие преоб- разования, получим выражение для определения энергии на нагрузке АФУ в момент S-N перехода: 0 0 2 1 221 12 1 2 2 2121 11 1211 1 21 111 11 1 2 1 2)(2 2 2 )( )( 22 2 2 2)(2 2 2 1 tc tc p pp p í SN taak ka kA t aaak ak kaka k AA taak ka kA R W                               −++ + +−+ +           −−++ +++ + + + +− − −      −++ + +− ⋅= ω ωω ω (4) где 2 ) 2 2 ( 2 0 00 1 pa i Nин C Iс tсvi RRR k ω + ++ = , 2 2 2 paiN CvR k ω = , 00 00 12 2 tсtс iIс vi − − = − скорость нарастания тока в цепи, 0i − ток вблизи резистивного состояния, NR − сопро- тивление ДО в нормальной фазе, Ом. Графическая зависимость выделяемой на нагруз- ке антенны энергии от длины несимметричного виб- ратора при S-N переходе с учетом управляющего внешнего магнитного поля показана на Рис.5. В момент начала S-N перехода ток в сверхпро- воднике из-за появления сопротивления резко упа- дет, что неизбежно повлечет за собой резкий скачок магнитного поля, которое, в свою очередь, иниции- рует скачок тока в катушке. Если при этом в цепь катушки подключить датчик, то данное явление можно будет зафиксировать, т.е. провести детекти- рование воздействия МЭМИ на радиоэлектронную аппаратуру через АФУ. Рис.5. Зависимость выделяемой на нагрузке антен- ны энергии от длины несимметричного вибратора при S-N переходе с учетом управляющего внешнего магнитного поля Таким образом, необходимо отметить, что датчи- ки-ограничители в качестве схемотехнических эле- ментов защиты не только значительно уменьшают влияние высоких энергий МЭМИ на РЭА, но и обла- дают временем срабатывания, значительно мень- шим, чем у полупроводниковых и газоразрядных приборов, которое, кроме того, можно регулировать, изменяя внешнее магнитное поле. Поэтому техниче- ское применение данных сверхпроводящих устройств для осуществления быстродействующей защиты РЭА от МЭМИ является одним из наиболее перспективных направлений. ЛИТЕРАТУРА 1. В.И.Кравченко, Е.А.Болотов, Н.И.Летунова. Ра- диоэлектронные средства и мощные электро- магнитные помехи. М.: «Радиосвязь», с.1987- 251. 2. Д.Б. Кучер. Мощные электромагнитные излуче- ния и сверхпроводящие защитные устройства. Севастополь: «Ахтиар», 1997, с.188. 3. В.И.Чумаков, А.В.Столярчук, О.И.Харченко Мо- делирование сверхширокополосных сигналов // Сборник научных трудов.- Харьков, 2005, т.6, с.26-29. 4. Д.Б.Кучер, А.И.Харланов, М.В.Степанова. Осо- бенности применения высокотемпературных сверхпроводников для защиты линий передачи информации от влияния мощных электромаг- нитных излучений // Сборник научных трудов. Евпатория, Крым, 2006, т.3, с.32-37. FEATURES OF SENSITIZATION OF SENSORS - DELIMITERS ON THE BASIS OF THIN FILMS OF HIGH-TEMPERATURE SUPERCONDUCTORS D.B. Kucher, А.I. Harlanov, M.V. Stepanova In this work authors adduce researches into the ability of detecting of powerful electromagnetic radiations of midget duration by using of the effect of irreversible destruction of superconductivity in thin films of high-tempera- ture superconductors. It is also shown an opportunity of reduction of the extreme time of gauges-terminators’ opera- tion by influence of the outer magnetic field. ОСОБЛИВОСТІ ПІДВИЩЕННЯ ЧУТЛИВОСТІ ДАТЧИКІВ-ОБМЕЖНИКІВ НА ОСНОВІ ТОНКИХ ПЛІВОК ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИХ НАДПРОВІДНИКІВ Д.Б. Кучер, О.І. Харланов, М.В. Степанова Наведені дослідження можливості детектувания потужних електромагнітних випромінювань надмалої тривалості, використовуючи ефект оборотного руйнування надпровідності в тонких плівках високотемпературних надпровідників. Ґрунтуючись на результатах даних досліджень, показана можливість зменшення часу спрацьовування надпровідних приладів зовнішнім магнітним полем. ___________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 5. Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (5), с.229-231. 231

Схожі ресурси