Способ определения параметра магнитной неоднородности ферромагнитного материала

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРА МАГНИТНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ ФЕРРОМАГ НИТНОГО МАТЕРИАЛА, заключающийся в 2 J том, что регистрируют колебания поляризации ядер примеси внедрения во внутреннем магнитном поле, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа путем обеспечения возможности исследования объемных образцов металлов, в образец вводят дополнительно положительно зар} женные поляризованные мюоны, исследуют колебания поляризации затормозившихся мюонов по изменению скорости счета позитронов распада и по скорости затухания этих колебаний определяют параметр магнитной неоднородности исследуемого материала. 7 5

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)

А (р G 01 N 24/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1(.

Я11Б 7ЯОД=. g g

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3503423/18-25 (22),21.10.82 (46) 15.07.84 Бюл. )Ф 26 (72) С.Г.Барсов, А.Л.Геталов, В.А.Гордеев, В.Н.Горелкин, П.Л.Грузин, С.П.Круглов, Л.А.Кузьмин, В.П.Мельничук, С.M.Èèêèðòû÷üÿíö, В.П.Смилга, В,Ю.Милосеодин и Г.В.Щербаков (53) 538.69.083.2(088.8) (56) 1. Смит С., Вейн Х., Ферриты, ИЛ, !962, с. 156.

2. Авторское свидетельство СССР

В 819655, к,й. G 01 N 24/00, 1977. (54)(57) С1!ОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ IIAPANETPA ИАГНИТНОИ НЕОДНОРОДНОСТИ ФЕРРОМАГНИТНОГО МАТЕРИАЛА, заключающийся в

r 6 2,) 12

1 том, что регистрируют колебания поляризации ядер примеси внедрения во внутреннем магнитном поле, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа путем обеспечения возможности исследования обьемных образцов металлов, в образец вводят дополнительно положительно заряженные поляризованные мюоны, исследуют колебания поляризации затормозившихся мюонов по изменению скорости счета позитронов распада и по скорости затухания этих колебаний определяют параметр магнитной неоднородности исследуемого материала.

Ф 7 5

11031

Изобретение относится к измерению физических параметров вещества, а именно к измерению параметров, характеризующих распределение абсолютной величины магнитного поля в ферромагнитных доменах образца, и может быть использовано для технологического контроля широкого класса магнитных материалов при производстве трансформаторов, генераторов электрического 10 тока, магнитных экранов и т.д. поскольку это распределение характеризует электрические потери на перемагничивание образца материала.

Известен способ определения пара- 15 метра магнитной неоднородности (распределения модуля микроскопических магнитных полей в доменах), основанный на взаимодействии исследуемого образца с постоянным и переменными магнитными полями (1) .

Единственными характеристиками, зависящими от неоднородности распределения макроскопических магнитных полей в доменах образца, являются магнитная восприимчивость и потери на намагничивание.

Однако эти характеристики-определяются не только неоднородностью рас30 пределения макроскопических полей в доменах, но и магнитной текстурой образца. Кроме того, в экспериментах по исследованию магнитной восприимчивости и потерь на намагничивание не удается полностью устранить влия- З5 ние внешнего магнитного поля на магнитные свойства образца. Поэтому данный способ (базовый объект) позволяет получить только качественную информацию о магнитной неоднородности40 материала.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения параметра магнитной неоднородности ферромагнитного материала, заключающийся в регистрации колебаний поляризации ядер примеси внедрения во внутреннем магнитном поле t2j .

Известный способ заключается в следующем. Ферромагнетик помещают в радиочастотное поле, частота которого равна резонансной частоте перехода во внутреннем магнитном поле. с возбужденного уровня ядер или элект- 5> ронов на основной. Энергия радиочастотного поля при этом резонансно .поглощается электронами (так назы29 2 ваемый ферромагнитный резонанс) или ядрами (ядерный магнитный резонанс), Однако известный способ измерения параметра магнитной неоднородности в основном применим для исследования свойств магнитодиэлектриков и магнитных полупроводников, но не может быть практически применен для определения магнитной неоднородности в ферромагнитных материалах, поскольку он позволяет получать информацию только в очень тонких слоях ферромагнитных материалов (т.е. в скин-слое, равном не более 1 мкм — фактически пленоч. ные измерения). Таким образом, указанный способ, основанный на наблюдении неоднородного уширения линии магнитного резонанса, не позволяет получить информацию, которая важна для характеристики материалов, используемых в промышленности, например электротехнических сталей.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности исследова.ния объемных образцов металлов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения параметра магнитной неоднородности ферромагнитного материала, заключающемуся в том, что регистрируют колебания поляризации ядер примеси внедрения во внутреннем магнитном поле, в образец вводят-дополнительно положительно заряженные поляризованные мюоны, исследуют колебания поляризации затормозившихся мюонов по изменению скорости счета позитронов распада и по скорости затухания этих колебаний определяют параметр магнитной неоднородности исследуемого материала.

Предлагаемый способ основан на использовании взаимодействия магнитного момента мюона с магнитным полем того домена образца, в котором остановился мюон. При неколлинеарности векторов локального магнитного поля в и магнитного момента мюона спин мюона процессирует с соответствующей модулю этого магнитного поля частотой до момента распада мюона. Магнитное поле Ь есть сумма внешнего магнитного поля, магнитных полей всех диполей образца и контактного поля электронов проводимости. Эту сумму можно представить в виде

1103129 где  — макроскопическое магнитное поле в той области, где находится мюон; — намагниченность домена; . — внутреннее дипольное поле, которое зависит от положения мюона в решетке металM

Ь! ла;

В„ щ — контактное поле, создаваемое в точке нахождения мюо- 1р на электронами проводимосгдесВ ) — среднее по местоположению кон мюона,значение контактного поля.

Переходя к ансамблю мюонов, можно

25 сказать, что измерение числа распадов в определенном направлении позволяет определить среднее значение спина (5 (t) ) по ансамблю мюонов или их поляризацию Р(t) =2 5(%) r . Усредне- 30 ние по ансамблю мюонов эквивалентно усреднению по местоположениям мюонов в образце, т.е. по .областям с различными значениями b

Из формулы (2) видно, что различие в значениях b в различных точках образца при быстрой диффузии мюонов обусловлено различием в величинах макроскопических полей В, поскольку значения M и сВ„О„ постоянны для 4р всех мюонов.

Если закон изменения поляризации мюонов от времени имеет вид (3)

Р(Ц*Р .exp(-st) cong b t

45 то распределение ®(Ъ 1модуля внутреннего магнитного поля в домене, действующего на мюон, подчиняется зако" ну

1И(Ъ = и

5Р (Ь- Ьо) (4)

{8Ь) где P(t) — поляризация мюонов в момент времени t;

po — начальная поляризация мюо-55 нов при t=0; — скорость затухания поляризации; ти °

При достаточно быстрой диффузии мюона, когда частота его перехода из поры в пору много больше частоты про- 15 цессии, действующие на мюон локаль- . ные поля Ъ и В„„„ равны средним по местоположению мюона, в поле Ъ определяется формулой

8»

2Р

b» В - + с 8 „

Э н гидромагнитное отношение мюона, равное

8,51623 104 1/Гсс

b — среднее значение магнитного поля на мюоне;

b — текущее значение магнитного поля на мюоне;

N — нормировочный множитель.

Величина оЪ в формуле (4) характеризует магнитную неоднородность материала и определяется формулой оЬ=—

На фиг. t представлена схема установки для реализации способа; на фиг. 2 — одна из экспериментальных гистограмм, исправленная на экспоненту распада мюона.

По Ьси Х вЂ” номер канала нли время (нс); по оси У вЂ” число событий в каждом канале.

Установка для измерения параметра магнитной неоднородности материала содержит сцинтилляционные счетчики

1-5 и два медных фильтра 6 и 7, блоки обработки сигналов 8 и 9, блок преобразования время — код 10 и

ЗВИ 11, образец 12.

Измерение параметра магнитной неоднородности на. установке осуществляется следующим образом.

Сформированный в мю-мезонном канале пучок продольно поляризованных мюонов притормаживается фильтром 6 с тем, чтобы наибольшее число мюонов остановилось в образце 12. Одновременные сигналы со счетчиков 1 и 3 при отсутствии сигнала со счетчика 4 определяют момент остановки мюона в образце 12, т.е. начало отсчета времени. Появление позитрона распада, отождествляемое с одновременными сигналами со сцинтилляционных счетчиков 4 и 5 при отсутствии сигнала со счетчика 2, определяет конец отсчета времени. Сигналы со счетчиков 1, 2, 3 и 4 поступают на блок обработки сигналов 8, который вырабатывает импульс начала отсчета времени, Сигналы со счетчиков 4, 5 и 2 поступают на блок обработки сигналов 9, который вырабатывает импульс конца отсчета времени. Фильтр 7 служит для подавления фона случайных совпадений и эффективного увеличения коэффициента симметрии распада мюонов за счет обрезания ниэкоэнергетичных позитронов.

Временные интервалы преобразуются в

S 1103129 блоке 10 в числа, которые накапливаются в ЭВМ 11 в виде гистограммы.

Пример. Параметр магнитной неоднородности определен для следующих образцов: электролитически чистое железо (образец 1), электротехнические стали (образцы 2, 3, 4, 5).

Каждый образец представляет собой пакет из пластин толщиной 0 35 мм, размеры пакета 100 100 6 мм. tO

В таблице представлены полученные из обработки экспериментальных гистограмм времена затухания поляризации для исследованных образцов.

ВГ В, Гс

Т, нс

Образец,N

25,6+ 1,2

464+28

757+ 70

3563

3729 15,9- 1,6

1153 -96

10,3+0,9

3713

3673 26,4+1,6

450+30

904:66

13,2+0,9

3697

В, Гс — величина среднего магнитного поля, действующего на мюон в домене;

В - разброс магнитных полей в домене (вычислен по формуле 5).

Из приведенных данных видно, что укаэанные образцы обладают различной неоднородностью распределения магнитных полей.

Предлагаемый способ определения параметров магнитной неоднородности с помощью поляризованных мюонов реализован в лаборатории физики высоких. энергий.

Предлагаемый способ измерения параметров магнитной неоднородности имеет следующие преимущества перед известными.

Наибольшая толщина образца ограни15 чивается максимальным пробегом позитронов с энергией 52,8 МэВ, что соответствует тол:цинам 10-15 г/см, т.е.

2 способ позволяет определять параметр магнитной неоднородности материалов в массивных образцах ферромагнетиков, что дает возможность расширить класс материалов. Регистрация колебаний поляризации мюонов в образце осуществляется по временному изменению чис25 ла позитронов распада, вылетевших в фиксированном направлении. Поскольку распад мюонов происходит всегда, способ не требует применения радиочастотных полей, необходимых при ис3р пользовании методов ФМР и ЯМР.

Кроме того, предлагаемым способом можно исследовать распределение макроскопических магнитных полей как при отсутствии внешнего магнитного поля, .так и тогда, когда оно отлично от нуля (т.е. нет искажения результатов от внешнего магнитного поля).

1103129

Составитель В.Крутских

Редактор В.Ковтун ТехредМ.Гергель

Корректор А.Дзятко

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул,Проектная, 4

Заказ 4970/32 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5